Java 并发编程中使用 ReentrantLock 替代 synchronized 关键字原语

Java 5 引入的 Concurrent 并发库软件包中，提供了 ReentrantLock 可重入同步锁，用来替代 synchronized 关键字原语，并可提供更好的性能，以及更强大的功能。使用方法也很简单：

public final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
......
try {
    lock.lock();
    // 进入同步内容
    ....
} finally {
    lock.unlock(); // 必须在 finally 块中解锁，否则一旦出现异常，执行不到解锁，则一直锁住了。
}

synchronized原语和ReentrantLock在一般情况下没有什么区别，但是在非常复杂的同步应用中，请考虑使用ReentrantLock，特别是遇到下面2种需求的时候。
1.某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断
2.需要分开处理一些wait-notify，ReentrantLock里面的Condition应用，能够控制notify哪个线程
3.具有公平锁功能，每个到来的线程都将排队等候

先说第一种情况，ReentrantLock的lock机制有2种，忽略中断锁和响应中断锁，这给我们带来了很大的灵活性。比如：如果A、B2个线程去竞争锁，A线程得到了锁，B线程等待，但是A线程这个时候实在有太多事情要处理，就是一直不返回，B线程可能就会等不及了，想中断自己，不再等待这个锁了，转而处理其他事情。这个时候ReentrantLock就提供了2种机制，第一，B线程中断自己（或者别的线程中断它），但是ReentrantLock不去响应，继续让B线程等待，你再怎么中断，我全当耳边风（synchronized原语就是如此）；第二，B线程中断自己（或者别的线程中断它），ReentrantLock处理了这个中断，并且不再等待这个锁的到来，完全放弃。（如果你没有了解java的中断机制，请参考下相关资料，再回头看这篇文章，80%的人根本没有真正理解什么是java的中断，呵呵）

这里来做个试验，首先搞一个Buffer类，它有读操作和写操作，为了不读到脏数据，写和读都需要加锁，我们先用synchronized原语来加锁，如下：

public class Buffer {   
    
    private Object lock;   
    
    public Buffer() {   
        lock = this;   
    }   
    
    public void write() {   
        synchronized (lock) {   
            long startTime = System.currentTimeMillis();   
            System.out.println("开始往这个buff写入数据…");   
            for (;;)// 模拟要处理很长时间   
            {   
                if (System.currentTimeMillis()   
                        - startTime > Integer.MAX_VALUE)   
                    break;   
            }   
            System.out.println("终于写完了");   
        }   
    }   
    
    public void read() {   
        synchronized (lock) {   
            System.out.println("从这个buff读数据");   
        }   
    }   
}  

接着，我们来定义2个线程，一个线程去写，一个线程去读。

public class Writer extends Thread {   
    
    private Buffer buff;   
    
    public Writer(Buffer buff) {   
        this.buff = buff;   
    }   
    
    @Override   
    public void run() {   
        buff.write();   
    }   
    
}   
    
public class Reader extends Thread {   
    
    private Buffer buff;   
    
    public Reader(Buffer buff) {   
        this.buff = buff;   
    }   
    
    @Override   
    public void run() {   
    
        buff.read();//这里估计会一直阻塞   
    
        System.out.println("读结束");   
    
    }   
    
}  

好了，写一个Main来试验下，我们有意先去“写”，然后让“读”等待，“写”的时间是无穷的，就看“读”能不能放弃了。

public class Test {   
    public static void main(String[] args) {   
        Buffer buff = new Buffer();   
    
        final Writer writer = new Writer(buff);   
        final Reader reader = new Reader(buff);   
    
        writer.start();   
        reader.start();   
    
        new Thread(new Runnable() {   
    
            @Override   
            public void run() {   
                long start = System.currentTimeMillis();   
                for (;;) {   
                    //等5秒钟去中断读   
                    if (System.currentTimeMillis()   
                            - start > 5000) {   
                        System.out.println("不等了，尝试中断");   
                        reader.interrupt();   
                        break;   
                    }   
    
                }   
    
            }   
        }).start();   
    
    }   
}  


我们期待“读”这个线程能退出等待锁，可是事与愿违，一旦读这个线程发现自己得不到锁，就一直开始等待了，就算它等死，也得不到锁，因为写线程要21亿秒才能完成 T_T ，即使我们中断它，它都不来响应下，看来真的要等死了。这个时候，ReentrantLock给了一种机制让我们来响应中断，让“读”能伸能屈，勇敢放弃对这个锁的等待。我们来改写Buffer这个类，就叫BufferInterruptibly吧，可中断缓存。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;   
    
public class BufferInterruptibly {   
    
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();   
    
    public void write() {   
        lock.lock();   
        try {   
            long startTime = System.currentTimeMillis();   
            System.out.println("开始往这个buff写入数据…");   
            for (;;)// 模拟要处理很长时间   
            {   
                if (System.currentTimeMillis()   
                        - startTime > Integer.MAX_VALUE)   
                    break;   
            }   
            System.out.println("终于写完了");   
        } finally {   
            lock.unlock();   
        }   
    }   
    
    public void read() throws InterruptedException {   
        lock.lockInterruptibly();// 注意这里，可以响应中断   
        try {   
            System.out.println("从这个buff读数据");   
        } finally {   
            lock.unlock();   
        }   
    }   
    
}  

当然，要对reader和writer做响应的修改

public class Reader extends Thread {   
    
    private BufferInterruptibly buff;   
    
    public Reader(BufferInterruptibly buff) {   
        this.buff = buff;   
    }   
    
    @Override   
    public void run() {   
    
        try {   
            buff.read();//可以收到中断的异常，从而有效退出   
        } catch (InterruptedException e) {   
            System.out.println("我不读了");   
        }   
          
        System.out.println("读结束");   
    
    }   
    
}   
    
/**  
* Writer倒不用怎么改动  
*/   
public class Writer extends Thread {   
    
    private BufferInterruptibly buff;   
    
    public Writer(BufferInterruptibly buff) {   
        this.buff = buff;   
    }   
    
    @Override   
    public void run() {   
        buff.write();   
    }   
    
}   
    
public class Test {   
    public static void main(String[] args) {   
        BufferInterruptibly buff = new BufferInterruptibly();   
    
        final Writer writer = new Writer(buff);   
        final Reader reader = new Reader(buff);   
    
        writer.start();   
        reader.start();   
    
        new Thread(new Runnable() {   
    
            @Override   
            public void run() {   
                long start = System.currentTimeMillis();   
                for (;;) {   
                    if (System.currentTimeMillis()   
                            - start > 5000) {   
                        System.out.println("不等了，尝试中断");   
                        reader.interrupt();   
                        break;   
                    }   
    
                }   
    
            }   
        }).start();   
    
    }   
}  

这次“读”线程接收到了lock.lockInterruptibly()中断，并且有效处理了这个“异常”。