• 并发编程-concurrent指南-Lock


    既然都可以通过synchronized来实现同步访问了,那么为什么还需要提供Lock?这个问题将在下面进行阐述。本文先从synchronized的缺陷讲起,然后再讲述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些类和接口,最后讨论以下一些关于锁的概念方面的东西

    一.synchronized的缺陷

    synchronized是java中的一个关键字,也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢?

      在上面一篇文章中,我们了解到如果一个代码块被synchronized修饰了,当一个线程获取了对应的锁,并执行该代码块时,其他线程便只能一直等待,等待获取锁的线程释放锁,而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况:

      1)获取锁的线程执行完了该代码块,然后线程释放对锁的占有;

      2)线程执行发生异常,此时JVM会让线程自动释放锁。

      那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因(比如调用sleep方法)被阻塞了,但是又没有释放锁,其他线程便只能干巴巴地等待,试想一下,这多么影响程序执行效率。

      因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等待一定的时间或者能够响应中断),通过Lock就可以办到。

      再举个例子:当有多个线程读写文件时,读操作和写操作会发生冲突现象,写操作和写操作会发生冲突现象,但是读操作和读操作不会发生冲突现象。

      但是采用synchronized关键字来实现同步的话,就会导致一个问题

      如果多个线程都只是进行读操作,所以当一个线程在进行读操作时,其他线程只能等待无法进行读操作

      因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时,线程之间不会发生冲突,通过Lock就可以办到。

      另外,通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。

      总结一下,也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点:

      1)Lock不是Java语言内置的,synchronized是Java语言的关键字,因此是内置特性。Lock是一个类,通过这个类可以实现同步访问;

      2)Lock和synchronized有一点非常大的不同,采用synchronized不需要用户去手动释放锁,当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后,系统会自动让线程释放对锁的占用;而Lock则必须要用户去手动释放锁,如果没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。

     

    Lock

    首先要说明的就是Lock,通过查看Lock的源码可知,Lock是一个接口:

    public interface Lock {
        void lock();
        void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
        boolean tryLock();
        boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
        void unlock();
        Condition newCondition();
    }

    1.lock()方法是平常使用得最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取,则进行等待。

      由于在前面讲到如果采用Lock,必须主动去释放锁,并且在发生异常时,不会自动释放锁。因此一般来说,使用Lock必须在try{}catch{}块中进行,并且将释放锁的操作放在finally块中进行,以保证锁一定被被释放,防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

    Lock lock = ...;
    lock.lock();
    try{
        //处理任务
    }catch(Exception ex){
         
    }finally{
        lock.unlock();   //释放锁
    }

    2.tryLock()方法是有返回值的,它表示用来尝试获取锁,如果获取成功,则返回true,如果获取失败(即锁已被其他线程获取),则返回false,也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

    tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的,只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间,在时间期限之内如果还拿不到锁,就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁,则返回true。

      所以,一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的:

    Lock lock = ...;
    if(lock.tryLock()) {
         try{
             //处理任务
         }catch(Exception ex){
             
         }finally{
             lock.unlock();   //释放锁
         } 
    }else {
        //如果不能获取锁,则直接做其他事情
    }

    3.lockInterruptibly()方法比较特殊,当通过这个方法去获取锁时,如果线程正在等待获取锁,则这个线程能够响应中断,即中断线程的等待状态。也就使说,当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时,假若此时线程A获取到了锁,而线程B只有在等待,那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

      由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常,所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

      因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下:

    public void method() throws InterruptedException {
        lock.lockInterruptibly();
        try {  
         //.....
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }  
    }

    注意,当一个线程获取了锁之后,是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程,只能中断阻塞过程中的线程。

      因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时,如果不能获取到,只有进行等待的情况下,是可以响应中断的。

      而用synchronized修饰的话,当一个线程处于等待某个锁的状态,是无法被中断的,只有一直等待下去。

     

    Lock和synchronized的选择

      总结来说,Lock和synchronized有以下几点不同:

      1)Lock是一个接口,而synchronized是Java中的关键字,synchronized是内置的语言实现;

      2)synchronized在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时,如果没有主动通过unLock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;

      3)Lock可以让等待锁的线程响应中断,而synchronized却不行,使用synchronized时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断;

      4)通过Lock可以知道有没有成功获取锁,而synchronized却无法办到。

      5)Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

      在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说,在具体使用时要根据适当情况选择。

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