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本文出自【趙彥軍的博客】

Java線程安全StampedLock
Java線程安全Lock、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock
Java線程安全集合總結
Java原子操作Atomic

文章目錄

• 前言
• Lock
• ReentrantLock
• • 公平鎖/非公平鎖
  • 超時機制
  • 可重入鎖
• 讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock
• • 源碼結構
  • 總結
  • 示例

前言

java5之后，并發包中新增了Lock接口（以及相關實現類）用來實現鎖的功能，它提供了與synchronized關鍵字類似的同步功能。

既然有了synchronized這種內置的鎖功能，為何要新增Lock接口？先來想象一個場景：手把手的進行鎖獲取和釋放，先獲得鎖A，然后再獲取鎖B，當獲取鎖B后釋放鎖A同時獲取鎖C，當鎖C獲取后，再釋放鎖B同時獲取鎖D，以此類推，這種場景下，synchronized關鍵字就不那么容易實現了，而使用Lock卻顯得容易許多。

Lock

Lock 是一個接口

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

ReentrantLock

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable { }

使用如下：

public class LockTest {Lock lock = new ReentrantLock();public void run(){//獲取鎖 lock.lock();//doSomething//釋放鎖lock.unlock();} }

使用起來，也非常簡單，首先 lock.lock(); 獲取鎖，然后去執行自己的邏輯，最后調用 lock.unlock(); 釋放鎖。

但是這里有個問題，如果我們的邏輯發生異常，那就永遠無法釋放鎖，所以我們優化一下，把釋放鎖的邏輯放在 finally 塊中，如下

public class LockTest {Lock lock = new ReentrantLock();public void run(){//獲取鎖lock.lock();try {//doSomething}catch (Exception e){}finally {//釋放鎖lock.unlock();}} }

公平鎖/非公平鎖

• 非公平鎖：如果同時還有另一個線程進來嘗試獲取，那么有可能會讓這個線程搶先獲取；

• 公平鎖：如果同時還有另一個線程進來嘗試獲取，當它發現自己不是在隊首的話，就會排到隊尾，由隊首的線程獲取到鎖。

ReentrantLock 主要利用CAS+AQS隊列來實現。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實現類似。

• CAS：Compare and Swap，比較并交換。CAS有3個操作數：內存值V、預期值A、要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則什么都不做。該操作是一個原子操作，被廣泛的應用在Java的底層實現中。在Java中，CAS主要是由sun.misc.Unsafe這個類通過JNI調用CPU底層指令實現

ReentrantLock主要利用CAS+AQS隊列來實現。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實現類似。

AbstractQueuedSynchronizer 簡稱AQS

我們來看一下 ReentrantLock 構造函數

public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync();}/*** Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the* given fairness policy.** @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy*/public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();}

構造支持傳入 fair 來指定是否是公平鎖

• FairSync() 公平鎖
• NonfairSync() 非公平鎖

如果使用無參構造函數，則是非公平鎖。

超時機制

在 ReetrantLock的tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 提供了超時獲取鎖的功能。它的語義是在指定的時間內如果獲取到鎖就返回true，獲取不到則返回false。這種機制避免了線程無限期的等待鎖釋放。

可重入鎖

• 可重入鎖?？芍厝腈i是指同一個線程可以多次獲取同一把鎖。ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖。

• 可中斷鎖。可中斷鎖是指線程嘗試獲取鎖的過程中，是否可以響應中斷。synchronized是不可中斷鎖，而ReentrantLock則提供了中斷功能。

• 公平鎖與非公平鎖。公平鎖是指多個線程同時嘗試獲取同一把鎖時，獲取鎖的順序按照線程達到的順序，而非公平鎖則允許線程“插隊”。synchronized是非公平鎖，而ReentrantLock的默認實現是非公平鎖，但是也可以設置為公平鎖。

讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock

現實中有這樣一種場景：對共享資源有讀和寫的操作，且寫操作沒有讀操作那么頻繁。

在沒有寫操作的時候，多個線程同時讀一個資源沒有任何問題，所以應該允許多個線程同時讀取共享資源；但是如果一個線程想去寫這些共享資源，就不應該允許其他線程對該資源進行讀和寫的操作了。

針對這種場景，JAVA的并發包提供了讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock，它表示兩個鎖，一個是讀操作相關的鎖，稱為共享鎖；一個是寫相關的鎖，稱為排他鎖，描述如下：

線程進入讀鎖的前提條件：

• 沒有其他線程的寫鎖，

• 沒有寫請求或者有寫請求，但調用線程和持有鎖的線程是同一個。

線程進入寫鎖的前提條件：

• 沒有其他線程的讀鎖

• 沒有其他線程的寫鎖

而讀寫鎖有以下三個重要的特性：

（1）公平選擇性：支持非公平（默認）和公平的鎖獲取方式，吞吐量還是非公平優于公平。

（2）重進入：讀鎖和寫鎖都支持線程重進入。

（3）鎖降級：遵循獲取寫鎖、獲取讀鎖再釋放寫鎖的次序，寫鎖能夠降級成為讀鎖。

源碼結構

public class ReentrantReadWriteLock implements ReadWriteLock, java.io.Serializable {/** 讀鎖 */private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;/** 寫鎖 */private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;final Sync sync;/** 使用默認（非公平）的排序屬性創建一個新的 ReentrantReadWriteLock */public ReentrantReadWriteLock() {this(false);}/** 使用給定的公平策略創建一個新的 ReentrantReadWriteLock */public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();readerLock = new ReadLock(this);writerLock = new WriteLock(this);}/** 返回用于寫入操作的鎖 */public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() { return writerLock; }/** 返回用于讀取操作的鎖 */public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock() { return readerLock; }abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {}static final class NonfairSync extends Sync {}static final class FairSync extends Sync {}public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {}public static class WriteLock implements Lock, java.io.Serializable {} }

1、類的繼承關系

public class ReentrantReadWriteLockimplements ReadWriteLock, java.io.Serializable {}

說明：可以看到，ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口，ReadWriteLock接口定義了獲取讀鎖和寫鎖的規范，具體需要實現類去實現；同時其還實現了Serializable接口，表示可以進行序列化，在源代碼中可以看到ReentrantReadWriteLock實現了自己的序列化邏輯。

2、ReentrantReadWriteLock有五個內部類，五個內部類之間也是相互關聯的。內部類的關系如下圖所示。

說明：如上圖所示，Sync繼承自AQS、NonfairSync繼承自Sync類、FairSync繼承自Sync類（通過構造函數傳入的布爾值決定要構造哪一種Sync實例）；ReadLock實現了Lock接口、WriteLock也實現了Lock接口。

總結

• 在線程持有讀鎖的情況下，該線程不能取得寫鎖(因為獲取寫鎖的時候，如果發現當前的讀鎖被占用，就馬上獲取失敗，不管讀鎖是不是被當前線程持有)。

• 在線程持有寫鎖的情況下，該線程可以繼續獲取讀鎖（獲取讀鎖時如果發現寫鎖被占用，只有寫鎖沒有被當前線程占用的情況才會獲取失敗）。

仔細想想，這個設計是合理的：因為當線程獲取讀鎖的時候，可能有其他線程同時也在持有讀鎖，因此不能把獲取讀鎖的線程“升級”為寫鎖；而對于獲得寫鎖的線程，它一定獨占了讀寫鎖，因此可以繼續讓它獲取讀鎖，當它同時獲取了寫鎖和讀鎖后，還可以先釋放寫鎖繼續持有讀鎖，這樣一個寫鎖就“降級”為了讀鎖。

綜上：

一個線程要想同時持有寫鎖和讀鎖，必須先獲取寫鎖再獲取讀鎖；寫鎖可以“降級”為讀鎖；讀鎖不能“升級”為寫鎖。

示例

public class LockTest {ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();Lock readLock = lock.readLock();Lock writeLock = lock.writeLock();}

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java线程安全Lock、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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