【转】ReentrantLock--synchronized和ReentrantLock区别及使用

2023年2月20日 78次阅读 来源: AFinalDream

synchronized原语和ReentrantLock在一般情况下没有什么区别，但是在非常复杂的同步应用中，请考虑使用ReentrantLock，特别是遇到下面2种需求的时候。
1.某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断
2.需要分开处理一些wait-notify，ReentrantLock里面的Condition应用，能够控制notify哪个线程
3.具有公平锁功能，每个到来的线程都将排队等候
下面细细道来……

先说第一种情况，ReentrantLock的lock机制有2种，忽略中断锁和响应中断锁，这给我们带来了很大的灵活性。比如：如果A、B2个线程去竞争锁，A线程得到了锁，B线程等待，但是A线程这个时候实在有太多事情要处理，就是一直不返回，B线程可能就会等不及了，想中断自己，不再等待这个锁了，转而处理其他事情。这个时候ReentrantLock就提供了2种机制，第一，B线程中断自己（或者别的线程中断它），但是ReentrantLock不去响应，继续让B线程等待，你再怎么中断，我全当耳边风（synchronized原语就是如此）；第二，B线程中断自己（或者别的线程中断它），ReentrantLock处理了这个中断，并且不再等待这个锁的到来，完全放弃。（如果你没有了解java的中断机制，请参考下相关资料，再回头看这篇文章，80%的人根本没有真正理解什么是java的中断，呵呵）

这里来做个试验，首先搞一个Buffer类，它有读操作和写操作，为了不读到脏数据，写和读都需要加锁，我们先用synchronized原语来加锁，如下：

package cn.vicky.chapt10;

/**
 *
 * @author Vicky.H
 */
public class Buffer {

    private Object lock;

    public Buffer() {
        lock = this;
    }

    public void write() {
        synchronized (lock) {
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("开始往这个buff写入数据…");
            for (;;)// 模拟要处理很长时间    
            {
                if (System.currentTimeMillis()
                        - startTime > Integer.MAX_VALUE) {
                    break;
                }
            }
            System.out.println("终于写完了");
        }
    }

    public void read() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("从这个buff读数据");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Buffer buff = new Buffer();

        final Writer writer = new Writer(buff);
        final Reader reader = new Reader(buff);

        writer.start();
        reader.start();

        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                long start = System.currentTimeMillis();
                for (;;) {
                    //等5秒钟去中断读    
                    if (System.currentTimeMillis()
                            - start > 5000) {
                        System.out.println("不等了，尝试中断");
                        reader.interrupt();
                        break;
                    }

                }

            }
        }).start();
        // 我们期待“读”这个线程能退出等待锁，可是事与愿违，一旦读这个线程发现自己得不到锁，
        // 就一直开始等待了，就算它等死，也得不到锁，因为写线程要21亿秒才能完成 T_T ，即使我们中断它，
        // 它都不来响应下，看来真的要等死了。这个时候，ReentrantLock给了一种机制让我们来响应中断，
        // 让“读”能伸能屈，勇敢放弃对这个锁的等待。我们来改写Buffer这个类，就叫BufferInterruptibly吧，可中断缓存。
    }
}

class Writer extends Thread {

    private Buffer buff;

    public Writer(Buffer buff) {
        this.buff = buff;
    }

    @Override
    public void run() {
        buff.write();
    }
}

class Reader extends Thread {

    private Buffer buff;

    public Reader(Buffer buff) {
        this.buff = buff;
    }

    @Override
    public void run() {

        buff.read();//这里估计会一直阻塞    

        System.out.println("读结束");

    }
}



package cn.vicky.chapt10;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 *
 * @author Vicky.H
 */
public class BufferInterruptibly {

    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void write() {
        lock.lock();
        try {
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("开始往这个buff写入数据…");
            for (;;)// 模拟要处理很长时间    
            {
                if (System.currentTimeMillis()
                        - startTime > Integer.MAX_VALUE) {
                    break;
                }
            }
            System.out.println("终于写完了");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void read() throws InterruptedException {
        lock.lockInterruptibly();// 注意这里，可以响应中断    
        try {
            System.out.println("从这个buff读数据");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        BufferInterruptibly buff = new BufferInterruptibly();

        final Writer2 writer = new Writer2(buff);
        final Reader2 reader = new Reader2(buff);

        writer.start();
        reader.start();

        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                long start = System.currentTimeMillis();
                for (;;) {
                    if (System.currentTimeMillis()
                            - start > 5000) {
                        System.out.println("不等了，尝试中断");
                        reader.interrupt();
                        break;
                    }
                }
            }
        }).start();

    }
}

class Reader2 extends Thread {

    private BufferInterruptibly buff;

    public Reader2(BufferInterruptibly buff) {
        this.buff = buff;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {
            buff.read();//可以收到中断的异常，从而有效退出    
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("我不读了");
        }

        System.out.println("读结束");

    }
}

class Writer2 extends Thread {

    private BufferInterruptibly buff;

    public Writer2(BufferInterruptibly buff) {
        this.buff = buff;
    }

    @Override
    public void run() {
        buff.write();
    }
    
}

2个程序，运行结果：

run：
开始往这个buff写入数据…
不等了，尝试中断

run：
开始往这个buff写入数据…
不等了，尝试中断
我不读了
读结束

‍ReentrantLock是一个互斥的同步器，其实现了接口Lock，里面的功能函数主要有：

  1. ‍lock() — 阻塞模式获取资源
  2. ‍lockInterruptibly() — 可中断模式获取资源
  3. ‍tryLock() — 尝试获取资源
  4. tryLock(time) — 在一段时间内尝试获取资源
  5. ‍unlock() — 释放资源
    ReentrantLock实现Lock有两种模式即公平模式和不公平模式

Concurrent包下的同步器都是基于AQS框架，在ReentrantLock里面会看到这样三个类

static abstract class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
abstract void lock();
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { … }
protected final boolean tryRelease(int releases) { … }
}

final static class NonfairSync extends Sync {
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { … }
final void lock() { … }
}

final static class FairSync extends Sync {
final void lock() { … }
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { … }
}

再回归到ReentrantLock对Lock的实现上

  1. ‍ReentrantLock实例化
    ReentrantLock有个属性sync，实际上对Lock接口的实现都是包装了一下这个sync的实现
    如果是公平模式则创建一个FairSync对象，否则创建一个NonfairSync对象，默认是不公平模式
  2. lock() 调用sync.lock()
    公平模式下：直接走AQS的acquire函数，此函数的逻辑走一次tryAcquire，如果成功
    线程拜托同步器的控制，否则加入NODE链表，进入acquireQueued的tryAcquire，休眠，被唤醒的轮回
    不公平模式下和公平模式下逻辑大体上是一样的，不同点有两个：
    a. 在执行tryAcquire之前的操作，不公平模式会直接compareAndSetState(0, 1)原子性的设置AQS的资源
    0表示目前没有线程占据资源，则直接抢占资源，不管AQS的NODE链表的FIFO原则
    b. tryAcquire的原理不一样，不公平模式的tryAcquire只看compareAndSetState(0, 1)能否成功
    而公平模式还会加一个条件就是此线程对于的NODE是不是NODE链表的第一个
    c. 由于tryAcquire的实现不一样，而公平模式和不公平模式在lock期间走的逻辑是一样的(AQS的acquireQueued的逻辑)
    d. 对于一个线程在获取到资源后再调用lock会导致AQS的资源做累加操作，同理线程要彻底的释放资源就必须同样
    次数的调用unlock来做对应的累减操作，因为对应ReentrantLock来说tryAcquire成功一个必须的条件就是compareAndSetState(0, 1)
    e. 由于acquireQueued过程中屏蔽了线程中断，只是在线程拜托同步器控制后，如果记录线程在此期间被中断过则标记线程的
    中断状态
  3. ‍lockInterruptibly() 调用sync.acquireInterruptibly(1)，上一篇文章讲过AQS的核心函数，这个过程和acquireQueued
    是一样的，只不过在阻塞期间如果被标记中断则线程在park期间被唤醒，然后直接退出那个轮回，抛出中断异常
    由于公平模式和不公平模式下对tryAcquire的实现不一样导致‍lockInterruptibly逻辑也是不一样
  4. tryLock() 函数只是尝试性的去获取一下锁，跟tryAcquire一样，这两种模式下走的代码一样都是公平模式下的代码
  5. tryLock(time) 调用sync.tryAcquireNanos(time)，上一篇文章讲过AQS的核心函数，这个过程和acquireQueued一样，
    a. 在阻塞前会先计算阻塞的时间，进入休眠
    b. 如果被中断则会判断时间是否到了
    1. 如果没到则且被其他线程设置了中断标志，退出那个轮回，抛出中断异常，如果没有被设置中断标记则是前一个线程
      释放了资源再唤醒了它，其继续走那个轮回，轮回中，如果tryAcquire成功则摆脱了同步器的控制，否则回到a
    2. 如果时间到了则退出轮回，获取资源失败
  6. ‍unlock() 调用sync.release(1)，上一篇文章讲过AQS的核心函数，release函数会调用Sync实现的tryRelease函数来判断
    释放资源是否成功，即Sync.tryRelease函数，其逻辑过程是
    a. 首先判断目前占据资源的线程是不是调用者，如果不是会抛出异常IllegalMonitorStateException
    b. 如果是则进行AQS资源的减1逻辑，如果再减1后AQS资源变成0则表示调用线程测得放弃了此锁，返回给release的值的TRUE，
    release会唤醒下一个线程

整体来看ReentrantLock互斥锁的实现大致是

  1. 自己实现AQS的tryAcquire和tryRelease逻辑，tryAcquire表示尝试去获取锁，tryRelease表示尝试去释放锁
  2. ReentrantLock对lock()，trylock()，trylock(time)，unlock()的实现都是使用AQS的框架，然后AQS的框架又返回调用
    ReentrantLock实现的tryAcquire和tryRelease来对线程是否获取锁和释放锁成功做出依据判断
    原文作者：AFinalDream
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/9a372ee2475d
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