Java多线程4- Lock、Condition

来源：互联网发布：linux ssh远程登录命令编辑：程序博客网时间：2024/04/29 01:23

Lock是java.util.concurrent.locks包下的接口，Lock 实现提供了比使用synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作，它能以更优雅的方式处理线程同步问题，我们拿Java线程(二)中的一个例子简单的实现一下和sychronized一样的效果，代码如下：

[java] view plaincopyprint?

public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
final Outputter1 output = new Outputter1();
new Thread() {
public void run() {
output.output("zhangsan");
};
}.start();
new Thread() {
public void run() {
output.output("lisi");
};
}.start();
}
}
class Outputter1 {
private Lock lock = new ReentrantLock();// 锁对象
public void output(String name) {
// TODO 线程输出方法
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
}
}
}

这样就实现了和sychronized一样的同步效果，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。

如果说这就是Lock，那么它不能成为同步问题更完美的处理方式，下面要介绍的是读写锁(ReadWriteLock)，我们会有一种需求，在对数据进行读写的时候，为了保证数据的一致性和完整性，需要读和写是互斥的，写和写是互斥的，但是读和读是不需要互斥的，这样读和读不互斥性能更高些，来看一下不考虑互斥情况的代码原型：

[java] view plaincopyprint?

public class ReadWriteLockTest {
public static void main(String[] args) {
final Data data = new Data();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
data.set(new Random().nextInt(30));
}
}
}).start();
}
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
data.get();
}
}
}).start();
}
}
}
class Data {
private int data;// 共享数据
public 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 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);
}
}

部分输出结果：

[java] view plaincopyprint?

Thread-1准备写入数据
Thread-3准备读取数据
Thread-2准备写入数据
Thread-0准备写入数据
Thread-4准备读取数据
Thread-5准备读取数据
Thread-2写入12
Thread-4读取12
Thread-5读取5
Thread-1写入12

我们要实现写入和写入互斥，读取和写入互斥，读取和读取互斥，在set和get方法加入sychronized修饰符：

[java] view plaincopyprint?

public synchronized void set(int data) {...}
public synchronized void get() {...}

部分输出结果：

[java] view plaincopyprint?

Thread-0准备写入数据
Thread-0写入9
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取9
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取9
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取9
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取9

我们发现，虽然写入和写入互斥了，读取和写入也互斥了，但是读取和读取之间也互斥了，不能并发执行，效率较低，用读写锁实现代码如下：

[java] view plaincopyprint?

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
}
}
}

部分输出结果：

[java] view plaincopyprint?

Thread-4准备读取数据
Thread-3准备读取数据
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取18
Thread-4读取18
Thread-3读取18
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入6
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入10
Thread-1准备写入数据
Thread-1写入22
Thread-5准备读取数据

从结果可以看出实现了我们的需求，这只是锁的基本用法，锁的机制还需要继续深入学习。

Condition

Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set （wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。下面将之前写过的一个线程通信的例子替换成用Condition实现，代码如下：

[java] view plaincopyprint?

public class ThreadTest2 {
public static void main(String[] args) {
final Business business = new Business();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
threadExecute(business, "sub");
}
}).start();
threadExecute(business, "main");
}
public static void threadExecute(Business business, String threadType) {
for(int i = 0; i < 100; i++) {
try {
if("main".equals(threadType)) {
business.main(i);
} else {
business.sub(i);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Business {
private boolean bool = true;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while(bool) {
condition.await();//this.wait();
}
for(int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
}
bool = true;
condition.signal();//this.notify();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while(!bool) {
condition.await();//this.wait();
}
for(int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
}
bool = false;
condition.signal();//this.notify();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}

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

这样看来，Condition和传统的线程通信没什么区别，Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition，下面引入API中的一段代码，加以说明。

[java] view plaincopyprint?

class BoundedBuffer {
final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象
final Condition notFull = lock.newCondition();//写线程条件
final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件
final Object[] items = new Object[100];//缓存队列
int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == items.length)//如果队列满了
notFull.await();//阻塞写线程
items[putptr] = x;//赋值
if (++putptr == items.length) putptr = 0;//如果写索引写到队列的最后一个位置了，那么置为0
++count;//个数++
notEmpty.signal();//唤醒读线程
} finally {
lock.unlock();
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0)//如果队列为空
notEmpty.await();//阻塞读线程
Object x = items[takeptr];//取值
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//如果读索引读到队列的最后一个位置了，那么置为0
--count;//个数--
notFull.signal();//唤醒写线程
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}

这是一个处于多线程工作环境下的缓存区，缓存区提供了两个方法，put和take，put是存数据，take是取数据，内部有个缓存队列，具体变量和方法说明见代码，这个缓存区类实现的功能：有多个线程往里面存数据和从里面取数据，其缓存队列(先进先出后进后出)能缓存的最大数值是100，多个线程间是互斥的，当缓存队列中存储的值达到100时，将写线程阻塞，并唤醒读线程，当缓存队列中存储的值为0时，将读线程阻塞，并唤醒写线程，下面分析一下代码的执行过程：

1. 一个写线程执行，调用put方法；

2. 判断count是否为100，显然没有100；

3. 继续执行，存入值；

4. 判断当前写入的索引位置++后，是否和100相等，相等将写入索引值变为0，并将count+1；

5. 仅唤醒读线程阻塞队列中的一个；

6. 一个读线程执行，调用take方法；

7. ……

8. 仅唤醒写线程阻塞队列中的一个。

这就是多个Condition的强大之处，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。