java线程(三)：线程同步ReentrantLock，condition（await,signal）

（三）线程同步ReentrantLock，condition（await,signal）

一．synchronized和ReentrantLock 故事

1. 我们前面（二）java 的线程同步（synchronized ,wait,notify）讲了synchronized的同步方法，java 就是这么神奇，这里又有一个同步的方法！当然，长江后浪推前浪，后者肯定比前者是由优越之处的。

先看看 synchronized 的一些限制： 
     1.1 ：无法中断正在等候获取一个锁的线程 
     1.2 ：无法通过投票得到一个锁 
     1.3 ：释放锁的操作只能与获得锁所在的代码块中进行，无法在别的代码块中释放锁 。

 

 ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。

定时锁等候：设置定时等候之后，在这个等候时间内如果没有获得这个锁，这个线程就会自己中断。

可中断锁等候：就是线程等候可以自己中断也可以别人中断。

锁投票：这个不太懂，有懂的大牛给提示一下，我到时引用到博文里面来（会注明作者的）。

 

二．ReentrantLock 的简单用法：

       1.lock() 和unlock()：ReentrantLock手动获取和释放锁，一般放在try catch 块中。如下所示

class X {
   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
   // ...
 
   public void m() {
     lock.lock();  // block until condition holds
     try {
       // ... 同步的代码
     } finally {
       lock.unlock()
     }
   }
 }

 

    2.既然有锁，那多个线程下面的阻塞注明做到呢？这就需要用到Condiction类了，这个类的作用就相当于给ReentrantLock加类似synchronized的wait,notify方法，不过它更强大！它的await可以有条件的等待，比如定时等待等用法，为方便比较，我结合前面synchronized的例子改一下，例子如下所示：

 

package com.hxw.Threads;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ProducerConsumeGameLock {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		Bucket bucket = new Bucket(); // 构造篮子
		new Thread(new Producer(bucket),"Producer线程").start();
		new Thread(new Consumer(bucket),"Consumer线程").start();
	}

}

final class Consumer implements Runnable {
	private Bucket bucket;

	public Consumer(Bucket bucket) {
		this.bucket = bucket;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			bucket.get();
		}
	}

}

final class Producer implements Runnable {
	private Bucket bucket;

	public Producer(Bucket bucket) {
		this.bucket = bucket;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) { // 来回十次交易
			bucket.put((int) (Math.random() * 1000));
		}
	}
}

class Bucket {
	private int packOdBalls;
	private boolean available = false;
	private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	private Condition noBull = lock.newCondition();
	private Condition fullBull = lock.newCondition();

	public int get() { // 消费者从篮子里面取出球
		lock.lock();
		try {
			while (available == false) { // 如果没有就等着,但是为什么不是if呢？后面会做解析
				System.out.println("消费者：暂时没有球可以消费我就等着...");
				noBull.await(); // wait();
			}
			System.out.println("消费者获得了" + packOdBalls + "个球");
			available = false;
			System.out.println("持有消费线程数： "+lock.getHoldCount());
			fullBull.signal(); // notify();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
		// 有的话就取出来
		return packOdBalls;
	}

	public synchronized void put(int packOdBalls) { // 生产者将生产球并放入到篮子里面
		lock.lock();
		try {
			while (available) {
				System.out.println("生产者：既然篮子里面已经有球了我就消费完了再生产吧！");
				fullBull.await(); // wait();
			}
			this.packOdBalls = packOdBalls;
			available = true;
			System.out.println("生产者放进去了" + packOdBalls + "个球");
			noBull.signal(); // notify();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}

	}

}

 

【运行结果与前面一样，需要看的可以戳文章头的链接】

 

三．ReentrantLock的方法…

  1. public boolean tryLock():

仅在调用时锁未被另一个线程保持的情况下，才获取该锁。 这个方法会完全忽略公平策略，理解trylock的意思就知道了，就是“努力试着去锁”，所以一旦这个锁没有线程持有，他就抢占了！

2. public boolean tryLock(long timeout,TimeUnit unit):

如果锁在给定等待时间内没有被另一个线程保持，且当前线程未被中断，则获取该锁。说的详细点如果超出了指定的等待时间，则返回值为 false。如果该锁没有被另一个线程保持，并且立即返回 true 值，则将锁的保持计数设置为 1。如果为了使用公平的排序策略，已经设置此锁，并且其他线程都在等待该锁，则不会 获取一个可用的锁。这与 tryLock() 方法相反。如果想使用一个允许闯入公平锁的定时 tryLock，那么可以将定时形式和不定时形式组合在一起：

if (lock.tryLock() || lock.tryLock(timeout, unit) ) { ... }

注意：有的人可能不理解这两个参数，其实就是前面是数词，后面是量词（SECOND，HOUR等等）

3. public int getHoldCount()查询当前线程保持此锁的次数。

4. public boolean isLocked()查询此锁是否由任意线程保持。

等等还有很多方法，这些查询方法都只能叫监控方法，因为线程无时无刻不在变化，可能返回这个值的下一纳秒，这个值就变了

5.还有一个构造方法：

public ReentrantLock(boolean fair)

创建一个具有给定公平策略的 ReentrantLock。

 

四．Condition方法一览…

1.await():

让当前线程一直处于等待状态，直到唤醒或中断。需要注意的是，这里说的是当前线程，这个“当前”指的是这个await所属Condition对象的线程创建者，这一点从上面的源码也可以看出（我们每个线程都new了一个Condition）。

对于唤醒，这里有个虚假唤醒，虚假唤醒也会引起当前线程唤醒，我们后面来讨论

2. boolean await(long time,TimeUnit unit)：

让当前线程在指定时间内一直处于等待状态，直到被唤醒或中断。

3. void signal()：唤醒一个等待线程。这个与notify功能类似

4. void signalAll()：唤醒所有等待线程。这个与notifyAll功能类似

 

五．虚假唤醒

虚假唤醒简而言之就是一个signal()可能唤醒了多个线程，前面代码第60行左右提到过。当然这个概率是很低的，你会发现，你把while改成if也是可以运行的。但是我们也要避免这种情况，所以我们就改成了while，while()不仅仅在等待条件变量前检查条件变量，实际上在等待条件变量后也检查条件变量。

 

这样对condition进行多做一次判断，即可避免“虚假唤醒”.

评论

3 楼 maobaolong 2017-01-17  

还有，为什么要用while(available),修改成if运行结果也是一样的？

package net.mbl.demo.concurrentdemo.lock;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ProducerConsumeGameLock {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		Bucket bucket = new Bucket(); // 构造篮子
		new Thread(new Producer(bucket),"Producer线程").start();
		new Thread(new Consumer(bucket),"Consumer线程").start();
	}

}

final class Consumer implements Runnable {
	private Bucket bucket;

	public Consumer(Bucket bucket) {
		this.bucket = bucket;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			bucket.get();
		}
	}

}

final class Producer implements Runnable {
	private Bucket bucket;

	public Producer(Bucket bucket) {
		this.bucket = bucket;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) { // 来回十次交易
			bucket.put((int) (Math.random() * 1000));
		}
	}
}

class Bucket {
	private volatile int packOdBalls;
	private volatile boolean available = false;
	private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	private Condition noBall = lock.newCondition();
	private Condition fullBall = lock.newCondition();

	public int get() { // 消费者从篮子里面取出球
		try (LockResource r = new LockResource(lock)){
			if (available == false) { // 如果没有就等着,但是为什么不是if呢？后面会做解析
				System.out.println("消费者：暂时没有球可以消费我就等着...");
				noBall.await(); // wait();
			}
			System.out.println("消费者获得了" + packOdBalls + "个球");
			available = false;
			System.out.println("持有消费线程数： "+lock.getHoldCount());
			fullBall.signal(); // notify();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		// 有的话就取出来
		return packOdBalls;
	}

	public void put(int packOdBalls) { // 生产者将生产球并放入到篮子里面

		try (LockResource r = new LockResource(lock)){
			if (available) {
				System.out.println("生产者：既然篮子里面已经有球了我就消费完了再生产吧！");
				fullBall.await(); // wait();
			}
			this.packOdBalls = packOdBalls;
			available = true;
			System.out.println("生产者放进去了" + packOdBalls + "个球");
			noBall.signal(); // notify();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

2 楼 maobaolong 2017-01-17  

通过作者的例子，很好的理解了ReentrantLock和Condition，有些问题需要请假楼主。
请问：
77行中的put方法的synchronized修饰符是不是应该去掉？
51行和52行的成员变量由于在多个线程中会被读写，是不是应该加volatile修饰符？

1 楼 neo_26 2016-03-02  

目前没有听说过锁投票这个概念，但是可能说的是锁的公平性，先请求锁的线程可以先获取到锁