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【Java线程】Lock、Condition

2013-08-14 18:36 288 查看

http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-5 深入理解Java内存模型（五）——锁
http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp10264/ Java 理论与实践: JDK 5.0 中更灵活、更具可伸缩性的锁定机制
http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7481142

Lock与synchronized

Lock可以实现synchronized的相同功能，它能以更优雅的方式处理线程同步问题。例：

class Outputter1 {
private Lock lock = new ReentrantLock();// 锁对象

public void output(String name) {
lock.lock();      // 得到锁

try {
for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
System.out.print(name.charAt(i));
}
} finally {
lock.unlock();// 释放锁
}
}
}

需要注意的是，用sychronized修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁自动释放，而是用Lock需要我们
手动释放锁，所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况)，
要把互斥区放在try内，释放锁放在finally内。

上例中展示的是和synchronized相同的功能，那Lock的优势在哪里？

例如一个类对其内部共享数据data提供了get()和set()方法，如果用synchronized，则代码如下：

class syncData {
private int data;// 共享数据
public synchronized void set(int data) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据");
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.data = data;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.data);
}
public synchronized  void get() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据");
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.data);
}
}

然后写个测试类来用多个线程分别读写这个共享数据：

public static void main(String[] args) {
//        final Data data = new Data();
final syncData data = new syncData();
//        final RwLockData data = new RwLockData();

//写入
for (int i = 0; i < 3; i++) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
data.set(new Random().nextInt(30));
}
}
});
t.setName("Thread-W" + i);
t.start();
}
//读取
for (int i = 0; i < 3; i++) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
data.get();
}
}
});
t.setName("Thread-R" + i);
t.start();
}
}

运行结果：

Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入0
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R2读取1
Thread-R0准备读取数据 //R0和R2可以同时读取，不应该互斥！
Thread-R0读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入18
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入16
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入19
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入21
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入4
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入10
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入4
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入1
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入14
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入2
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入4
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入20
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入29

读写锁ReadWriteLock

现在一切都看起来很好！各个线程互不干扰！等等。。读取线程和写入线程互不干扰是正常的，但是两个读取线程是否需要互不干扰？？

对！读取线程不应该互斥！

我们可以用读写锁ReadWriteLock实现：

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

class Data {
private int data;// 共享数据
private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public void set(int data) {
rwl.writeLock().lock();// 取到写锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据");
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.data = data;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.data);
} finally {
rwl.writeLock().unlock();// 释放写锁
}
}

public void get() {
rwl.readLock().lock();// 取到读锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据");
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.data);
} finally {
rwl.readLock().unlock();// 释放读锁
}
}
}

测试结果：

Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入9
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入24
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入12
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入22
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入15
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入6
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入13
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入0
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入23
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入24
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入24
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入17
Thread-W2准备写入数据
Thread-W2写入11
Thread-R2准备读取数据
Thread-R1准备读取数据
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取11
Thread-R1读取11
Thread-R2读取11
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入18
Thread-W1准备写入数据
Thread-W1写入1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R2准备读取数据
Thread-R1准备读取数据
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R0读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R1准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-R2读取1
Thread-R1读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R1准备读取数据
Thread-R2准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R2读取1
Thread-R0读取1

与互斥锁定相比，读-写锁定允许对共享数据进行更高级别的并发访问。虽然一次只有一个线程（writer 线程）可以修改共享数据，但在许多情况下，任何数量的线程可以同时读取共享数据（reader 线程）

从理论上讲，与互斥锁定相比，使用读-写锁定所允许的并发性增强将带来更大的性能提高。

在实践中，只有在多处理器上并且只在访问模式适用于共享数据时，才能完全实现并发性增强。——例如，某个最初用数据填充并且之后不经常对其进行修改的 collection，因为经常对其进行搜索（比如搜索某种目录），所以这样的 collection 是使用读-写锁定的理想候选者。

线程间通信Condition

Condition可以替代传统的线程间通信，用await()替换wait()，用signal()替换notify()，用signalAll()替换notifyAll()。

传统线程的通信方式，Condition都可以实现。

注意，Condition是被绑定到Lock上的，要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。

Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition

看JDK文档中的一个例子：假定有一个绑定的缓冲区，它支持 put 和 take 方法。如果试图在空的缓冲区上执行 take 操作，则在某一个项变得可用之前，线程将一直阻塞；如果试图在满的缓冲区上执行 put 操作，则在有空间变得可用之前，线程将一直阻塞。我们喜欢在单独的等待 set 中保存put 线程和take 线程，这样就可以在缓冲区中的项或空间变得可用时利用最佳规划，一次只通知一个线程。可以使用两个

Condition

实例来做到这一点。

——其实就是java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue的功能

class BoundedBuffer {
final Lock lock = new ReentrantLock();          //锁对象
final Condition notFull  = lock.newCondition(); //写线程锁
final Condition notEmpty = lock.newCondition(); //读线程锁

final Object[] items = new Object[100];//缓存队列
int putptr;  //写索引
int takeptr; //读索引
int count;   //队列中数据数目

//写
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock(); //锁定
try {
// 如果队列满，则阻塞<写线程>
while (count == items.length) {
notFull.await();
}
// 写入队列，并更新写索引
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) putptr = 0;
++count;

// 唤醒<读线程>
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();//解除锁定
}
}

//读
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock(); //锁定
try {
// 如果队列空，则阻塞<读线程>
while (count == 0) {
notEmpty.await();
}

//读取队列，并更新读索引
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
--count;

// 唤醒<写线程>
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();//解除锁定
}
}
}

优点：

假设缓存队列中已经存满，那么阻塞的肯定是写线程，唤醒的肯定是读线程，相反，阻塞的肯定是读线程，唤醒的肯定是写线程。

那么假设只有一个Condition会有什么效果呢？缓存队列中已经存满，这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了，如果唤醒的是读线程，皆大欢喜，如果唤醒的是写线程，那么线程刚被唤醒，又被阻塞了，这时又去唤醒，这样就浪费了很多时间。

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