并发编程（ReentrantLock&&同步模式之顺序控制）
4.13 ReentrantLock
相对于 synchronized 它具备如下特点
- 可中断
- 可以设置超时时间
- 可以设置为公平锁
- 支持多个条件变量，即对与不满足条件的线程可以放到不同的集合中等待
与 synchronized 一样，都支持可重入
基本语法
// 获取锁
reentrantLock.lock();
try {
// 临界区
} finally {
// 释放锁
reentrantLock.unlock();
}可重入
可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁
如果是不可重入锁，那么第二次获得锁时，自己也会被锁挡住
可打断
lock 与 lockInterruptibly比较区别在于：
lock 优先考虑获取锁，待获取锁成功后，才响应中断。
lockInterruptibly 优先考虑响应中断，而不是响应锁的普通获取或重入获取。
锁超时
try lock用的是保护性暂停模式
package cn.itcast.test;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.sql.Time;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.Test22")
public class Test22 {
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("尝试获得锁");
try {
if (! lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS)) {
log.debug("获取不到锁");
return;
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
log.debug("获取不到锁");
return;
}
try {
log.debug("获得到锁");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("获得到锁");
t1.start();
sleep(1);
log.debug("释放了锁");
lock.unlock();
}
}
使用 tryLock 解决哲学家就餐问题，给左右手加入reentrantlock，用trylock方法尝试获得锁，再释放
package cn.itcast.test;
import cn.itcast.n2.util.Sleeper;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.Test23")
public class Test23 {public static void main(String[] args) {
Chopstick c1 = new Chopstick("1");
Chopstick c2 = new Chopstick("2");
Chopstick c3 = new Chopstick("3");
Chopstick c4 = new Chopstick("4");
Chopstick c5 = new Chopstick("5");
new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();
}
}
@Slf4j(topic = "c.Philosopher")
class Philosopher extends Thread {
Chopstick left;
Chopstick right;
public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
super(name);
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
// 尝试获得左手筷子
if(left.tryLock()) {
try {
// 尝试获得右手筷子
if(right.tryLock()) {
try {
eat();
} finally {
right.unlock();
}
}
} finally {
left.unlock(); // 释放自己手里的筷子
}
}
}
}
Random random = new Random();
private void eat() {
log.debug("eating...");
Sleeper.sleep(0.5);
}
}
class Chopstick extends ReentrantLock {
String name;
public Chopstick(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "筷子{" + name + '}';
}
}
公平锁
ReentrantLock 默认是不公平的
公平锁一般没有必要，会降低并发度，后面分析原理时会讲解
条件变量
synchronized 中也有条件变量，就是我们讲原理时那个 waitSet 休息室，当条件不满足时进入 waitSet 等待
ReentrantLock 的条件变量比 synchronized 强大之处在于，它是支持多个条件变量的，这就好比
- synchronized 是那些不满足条件的线程都在一间休息室等消息
- 而 ReentrantLock 支持多间休息室，有专门等烟的休息室、专门等早餐的休息室、唤醒时也是按休息室来唤 醒
使用要点： Test24.java
- await 前需要获得锁
- await 执行后，会释放锁，进入 conditionObject 等待
- await 的线程被唤醒（或打断、或超时）取重新竞争 lock 锁，执行唤醒的线程爷必须先获得锁
- 竞争 lock 锁成功后，从 await 后继续执行
package cn.itcast.test;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.Test24")
public class Test24 {
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false;
static boolean hasTakeout = false;
static ReentrantLock ROOM = new ReentrantLock();
// 等待烟的休息室
static Condition waitCigaretteSet = ROOM.newCondition();
// 等外卖的休息室
static Condition waitTakeoutSet = ROOM.newCondition();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
ROOM.lock();
try {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
while (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
waitCigaretteSet.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("可以开始干活了");
} finally {
ROOM.unlock();
}
}, "小南").start();
new Thread(() -> {
ROOM.lock();
try {
log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
while (!hasTakeout) {
log.debug("没外卖，先歇会！");
try {
waitTakeoutSet.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("可以开始干活了");
} finally {
ROOM.unlock();
}
}, "小女").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
ROOM.lock();
try {
hasTakeout = true;
waitTakeoutSet.signal();
} finally {
ROOM.unlock();
}
}, "送外卖的").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
ROOM.lock();
try {
hasCigarette = true;
waitCigaretteSet.signal();
} finally {
ROOM.unlock();
}
}, "送烟的").start();
}
}
同步模式之顺序控制
1. 固定运行顺序
比如，必须先 2 后 1 打印
1.1 wait notify 版
package cn.itcast.test;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.Test25")
public class Test25 {
// 用来同步的对象
static final Object lock = new Object();
// 表示 t2 是否运行过
static boolean t2runned = false;
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
while (!t2runned) {
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("1");
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
log.debug("2");
t2runned = true;
lock.notify();
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
}
1.2 Park Unpark 版
package cn.itcast.test;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
@Slf4j(topic = "c.Test26")
public class Test26 {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
LockSupport.park();
log.debug("1");
}, "t1");
t1.start();
new Thread(() -> {
log.debug("2");
LockSupport.unpark(t1);
},"t2").start();
}
}
交替输出
线程 1 输出 a 5 次，线程 2 输出 b 5 次，线程 3 输出 c 5 次。现在要求输出 abcabcabcabcabc 怎么实现
package cn.itcast.test;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.Test27")
public class Test27 {
public static void main(String[] args) {
WaitNotify wn = new WaitNotify(1, 5);
new Thread(() -> {
wn.print("a", 1, 2);
}).start();
new Thread(() -> {
wn.print("b", 2, 3);
}).start();
new Thread(() -> {
wn.print("c", 3, 1);
}).start();
}
}
/*
输出内容 等待标记 下一个标记
a 1 2
b 2 3
c 3 1
*/
class WaitNotify {
// 打印 a 1 2
public void print(String str, int waitFlag, int nextFlag) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
synchronized (this) {
while(flag != waitFlag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.print(str);
flag = nextFlag;
this.notifyAll();
}
}
}
// 等待标记
private int flag; // 2
// 循环次数
private int loopNumber;
public WaitNotify(int flag, int loopNumber) {
this.flag = flag;
this.loopNumber = loopNumber;
}
}
package cn.itcast.test;
import sun.rmi.runtime.Log;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test30 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
AwaitSignal awaitSignal = new AwaitSignal(5);
Condition a = awaitSignal.newCondition();
Condition b = awaitSignal.newCondition();
Condition c = awaitSignal.newCondition();
new Thread(() -> {
awaitSignal.print("a", a, b);
}).start();
new Thread(() -> {
awaitSignal.print("b", b, c);
}).start();
new Thread(() -> {
awaitSignal.print("c", c, a);
}).start();
Thread.sleep(1000);
awaitSignal.lock();
try {
System.out.println("开始...");
a.signal();
} finally {
awaitSignal.unlock();
}
}
}
class AwaitSignal extends ReentrantLock{
private int loopNumber;
public AwaitSignal(int loopNumber) {
this.loopNumber = loopNumber;
}
// 参数1 打印内容， 参数2 进入哪一间休息室, 参数3 下一间休息室
public void print(String str, Condition current, Condition next) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
lock();
try {
current.await();
System.out.print(str);
next.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
unlock();
}
}
}
}
各自线程进入各自的休息室 ，然后再接受唤醒开启下一间休息室
package cn.itcast.test;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
@Slf4j(topic = "c.Test31")
public class Test31 {
static Thread t1;
static Thread t2;
static Thread t3;
public static void main(String[] args) {
ParkUnpark pu = new ParkUnpark(5);
t1 = new Thread(() -> {
pu.print("a", t2);
});
t2 = new Thread(() -> {
pu.print("b", t3);
});
t3 = new Thread(() -> {
pu.print("c", t1);
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
LockSupport.unpark(t1);
}
}
class ParkUnpark {
public void print(String str, Thread next) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
LockSupport.park();
System.out.print(str);
LockSupport.unpark(next);
}
}
private int loopNumber;
public ParkUnpark(int loopNumber) {
this.loopNumber = loopNumber;
}
}本章小结
本章我们需要重点掌握的是
- 分析多线程访问共享资源时，哪些代码片段属于临界区
- 使用 synchronized 互斥解决临界区的线程安全问题
- 掌握 synchronized 锁对象语法
- 掌握 synchronzied 加载成员方法和静态方法语法
- 掌握 wait/notify 同步方法
- 使用 lock 互斥解决临界区的线程安全问题 掌握 lock 的使用细节：可打断、锁超时、公平锁、条件变量
- 学会分析变量的线程安全性、掌握常见线程安全类的使用
- 了解线程活跃性问题：死锁、活锁、饥饿
- 应用方面
- 互斥：使用 synchronized 或 Lock 达到共享资源互斥效果，实现原子性效果，保证线程安全。
- 同步：使用 wait/notify 或 Lock 的条件变量来达到线程间通信效果。
- 原理方面
- monitor、synchronized 、wait/notify 原理
- synchronized 进阶原理
- park & unpark 原理
- 模式方面
- 同步模式之保护性暂停
- 异步模式之生产者消费者
- 同步模式之顺序控制
浙公网安备 33010602011771号