Java 多线程并发编程之互斥锁 Reentrant Lock

Java 中的锁通常分为两种：

• 通过关键字 synchronized 获取的锁，我们称为同步锁，上一篇有介绍到：Java 多线程并发编程 Synchronized 关键字。
• java.util.concurrent（JUC）包里的锁，如通过继承接口 Lock 而实现的 ReentrantLock（互斥锁），继承 ReadWriteLock 实现的 ReentrantReadWriteLock（读写锁）。

本篇主要介绍 ReentrantLock（互斥锁）。

ReentrantLock（互斥锁）

ReentrantLock 互斥锁，在同一时间只能被一个线程所占有，在被持有后并未释放之前，其他线程若想获得该锁只能等待或放弃。

ReentrantLock 互斥锁是可重入锁，即某一线程可多次获得该锁。

公平锁 and 非公平锁

    public ReentrantLock() {        sync = new NonfairSync();    }    public ReentrantLock(boolean fair) {        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();    }

由 ReentrantLock 的构造函数可见，在实例化 ReentrantLock 的时候我们可以选择实例化一个公平锁或非公平锁，而默认会构造一个非公平锁。

公平锁与非公平锁区别在于竞争锁时的有序与否。公平锁可确保有序性（FIFO 队列），非公平锁不能确保有序性（即使也有 FIFO 队列）。

然而，公平是要付出代价的，公平锁比非公平锁要耗性能，所以在非必须确保公平的条件下，一般使用非公平锁可提高吞吐率。所以 ReentrantLock 默认的构造函数也是“不公平”的。

一般使用

DEMO1：

public class Test {    private static class Counter {        private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();        public void count() {            mReentrantLock.lock();            try {                for (int i = 0; i < 6; i++) {                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);                }            } finally {            // 必须在 finally 释放锁                mReentrantLock.unlock();            }        }    }    private static class MyThread extends Thread {        private Counter mCounter;        public MyThread(Counter counter) {            mCounter = counter;        }        @Override        public void run() {            super.run();            mCounter.count();        }    }    public static void main(String[] var0) {        Counter counter = new Counter();        // 注：myThread1 和 myThread2 是调用同一个对象 counter        MyThread myThread1 = new MyThread(counter);        MyThread myThread2 = new MyThread(counter);        myThread1.start();        myThread2.start();    }}

DEMO1 输出：

Thread-0， i = 0Thread-0， i = 1Thread-0， i = 2Thread-0， i = 3Thread-0， i = 4Thread-0， i = 5Thread-1， i = 0Thread-1， i = 1Thread-1， i = 2Thread-1， i = 3Thread-1， i = 4Thread-1， i = 5

DEMO1 仅使用了 ReentrantLock 的 lock 和 unlock 来提现一般锁的特性，确保线程的有序执行。此种场景 synchronized 也适用。

锁的作用域

DEMO2：

public class Test {    private static class Counter {        private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();        public void count() {            for (int i = 0; i < 6; i++) {                mReentrantLock.lock();                // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                try{                    Thread.sleep(100);                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                // 必须在 finally 释放锁                    mReentrantLock.unlock();                }            }        }        public void doOtherThing(){            for (int i = 0; i < 6; i++) {                // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                try {                    Thread.sleep(100);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);            }        }    }    public static void main(String[] var0) {        final Counter counter = new Counter();        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.count();            }        }).start();        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.doOtherThing();            }        }).start();    }}

DEMO2 输出：

Thread-0， i = 0Thread-1 doOtherThing， i = 0Thread-0， i = 1Thread-1 doOtherThing， i = 1Thread-0， i = 2Thread-1 doOtherThing， i = 2Thread-0， i = 3Thread-1 doOtherThing， i = 3Thread-0， i = 4Thread-1 doOtherThing， i = 4Thread-0， i = 5Thread-1 doOtherThing， i = 5

DEMO3:

public class Test {    private static class Counter {        private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();        public void count() {            for (int i = 0; i < 6; i++) {                mReentrantLock.lock();                // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                try{                    Thread.sleep(100);                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    // 必须在 finally 释放锁                    mReentrantLock.unlock();                }            }        }        public void doOtherThing(){            mReentrantLock.lock();            try{                for (int i = 0; i < 6; i++) {                    // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                    try {                        Thread.sleep(100);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);                }            }finally {                mReentrantLock.unlock();            }        }    }    public static void main(String[] var0) {        final Counter counter = new Counter();        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.count();            }        }).start();        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.doOtherThing();            }        }).start();    }}

DEMO3 输出：

Thread-0， i = 0Thread-0， i = 1Thread-0， i = 2Thread-0， i = 3Thread-0， i = 4Thread-0， i = 5Thread-1 doOtherThing， i = 0Thread-1 doOtherThing， i = 1Thread-1 doOtherThing， i = 2Thread-1 doOtherThing， i = 3Thread-1 doOtherThing， i = 4Thread-1 doOtherThing， i = 5

结合 DEMO2 和 DEMO3 输出可见，锁的作用域在于 mReentrantLock，因为所来自于 mReentrantLock。

可终止等待

DEMO4：

public class Test {    static final int TIMEOUT = 300;    private static class Counter {        private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();        public void count() {            try{                //lock() 不可中断                mReentrantLock.lock();                // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                for (int i = 0; i < 6; i++) {                    long startTime = System.currentTimeMillis();                    while (true) {                        if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)                            break;                    }                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);                }            } finally {                // 必须在 finally 释放锁                mReentrantLock.unlock();            }        }        public void doOtherThing(){            try{                //lockInterruptibly() 可中断，若线程没有中断，则获取锁                mReentrantLock.lockInterruptibly();                for (int i = 0; i < 6; i++) {                    // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                    long startTime = System.currentTimeMillis();                    while (true) {                        if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)                            break;                    }                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);                }            } catch (InterruptedException e) {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中断 ");            }finally {                // 若当前线程持有锁，则释放                if(mReentrantLock.isHeldByCurrentThread()){                    mReentrantLock.unlock();                }            }        }    }    public static void main(String[] var0) {        final Counter counter = new Counter();        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.count();            }        }).start();        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.doOtherThing();            }        });        thread2.start();        long start = System.currentTimeMillis();        while (true){            if (System.currentTimeMillis() - start > TIMEOUT) {                // 若线程还在运行，尝试中断                if(thread2.isAlive()){                    System.out.println(" 不等了，尝试中断 ");                    thread2.interrupt();                }                break;            }        }    }}

DEMO4 输出：

Thread-0， i = 0Thread-0， i = 1Thread-0， i = 2不等了，尝试中断Thread-1 中断Thread-0， i = 3Thread-0， i = 4Thread-0， i = 5

线程 thread2 等待 300ms 后 timeout，中断等待成功。

若把 TIMEOUT 改成 3000ms，输出结果：（正常运行）

Thread-0， i = 0Thread-0， i = 1Thread-0， i = 2Thread-0， i = 3Thread-0， i = 4Thread-0， i = 5Thread-1 doOtherThing， i = 0Thread-1 doOtherThing， i = 1Thread-1 doOtherThing， i = 2Thread-1 doOtherThing， i = 3Thread-1 doOtherThing， i = 4Thread-1 doOtherThing， i = 5

定时锁

DEMO5：

public class Test {    static final int TIMEOUT = 3000;    private static class Counter {        private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();        public void count() {            try{                //lock() 不可中断                mReentrantLock.lock();                // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                for (int i = 0; i < 6; i++) {                    long startTime = System.currentTimeMillis();                    while (true) {                        if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)                            break;                    }                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);                }            } finally {                // 必须在 finally 释放锁                mReentrantLock.unlock();            }        }        public void doOtherThing(){            try{                //tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 尝试获得锁                boolean isLock = mReentrantLock.tryLock(300, TimeUnit.MILLISECONDS);                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " isLock:" + isLock);                if(isLock){                    for (int i = 0; i < 6; i++) {                        // 模拟耗时，突出线程是否阻塞                        long startTime = System.currentTimeMillis();                        while (true) {                            if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)                                break;                        }                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);                    }                }else{                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " timeout");                }            } catch (InterruptedException e) {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中断 ");            }finally {                // 若当前线程持有锁，则释放                if(mReentrantLock.isHeldByCurrentThread()){                    mReentrantLock.unlock();                }            }        }    }    public static void main(String[] var0) {        final Counter counter = new Counter();        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.count();            }        }).start();        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                counter.doOtherThing();            }        });        thread2.start();    }}

DEMO5 输出：

Thread-0， i = 0Thread-0， i = 1Thread-0， i = 2Thread-1 isLock:falseThread-1 timeoutThread-0， i = 3Thread-0， i = 4Thread-0， i = 5

tryLock() 尝试获得锁，tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 在给定的 timeout 时间内尝试获得锁，若超时，则不带锁往下走，所以必须加以判断。

ReentrantLock or synchronized

ReentrantLock 、synchronized 之间如何选择？

ReentrantLock 在性能上 比 synchronized 更胜一筹。

ReentrantLock 需格外小心，因为需要显式释放锁，lock() 后记得 unlock()，而且必须在 finally 里面，否则容易造成死锁。

synchronized 隐式自动释放锁，使用方便。

ReentrantLock 扩展性好，可中断锁，定时锁，自由控制。

synchronized 一但进入阻塞等待，则无法中断等待。