锁的概念

从jdk发行1.5版本之后,在原来synchronize的基础上,增加了重入锁ReentrantLock。

本文就不介绍synchronize了,有兴趣的同学可以去了解一下,本文重点介绍ReentrantLock。

锁是什么?

并发编程的时候,比如说有一个业务是读写操作,那多个线程执行这个业务就会造成已经写入的数据又写一遍,就会造成数据错乱。

所以需要引入锁,进行数据同步,强制使得该业务执行的时候只有一个线程在执行,从而保证不会插入多条重复数据。

一些共享资源也是需要加锁,从而保证数据的一致性。

关于锁的概念,也就不过多篇幅介绍,有很多概念性的东西,需要自己取找本书狠狠啃一啃,本文主要是给大家介绍如何使用锁。

 

使用ReentrantLock同步

首先来看第一个实例:用两个线程来在控制台有序打出1,2,3。

public class FirstReentrantLock { 
 
    public static void main(String[] args) { Runnable runnable = new ReentrantLockThread(); new Thread(runnable, "a").start(); new Thread(runnable, "b").start(); } } class ReentrantLockThread implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 3; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "输出了: " + i); } } }

 执行FirstReentrantLock ,查看控制台输出:

 

可以看到,并没有顺序,杂乱无章。

那使用ReentrantLock加入锁,代码如下:

package com.chapter2; 
 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
 
/** * @author tangj * * 如何使用ReentrantLock */ public class FirstReentrantLock { public static void main(String[] args) { Runnable runnable = new ReentrantLockThread(); new Thread(runnable, "a").start(); new Thread(runnable, "b").start(); } } class ReentrantLockThread implements Runnable { // 创建一个ReentrantLock对象 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { try { // 使用lock()方法加锁  lock.lock(); for (int i = 0; i < 3; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "输出了: " + i); } } finally { // 别忘了执行unlock()方法释放锁  lock.unlock(); } } }

执行FirstReentrantLock ,查看控制台输出:

有顺序的打印出了0,1,2,0,1,2.

这就是锁的作用,它是互斥的,当一个线程持有锁的时候,其他线程只能等待,待该线程执行结束,再通过竞争得到锁。

 

使用Condition实现线程等待和唤醒

通常在开发并发程序的时候,会碰到需要停止正在执行业务A,来执行另一个业务B,当业务B执行完成后业务A继续执行。ReentrantLock通过Condtion等待/唤醒这样的机制.

相比较synchronize的wait()和notify()/notifAll()的机制而言,Condition具有更高的灵活性,这个很关键。Conditon可以实现多路通知和选择性通知。

当使用notify()/notifAll()时,JVM时随机通知线程的,具有很大的不可控性,所以建议使用Condition。

Condition使用起来也非常方便,只需要注册到ReentrantLock下面即可。

参考下图:

 

 接下来,使用Condition来实现等待/唤醒,并且能够唤醒制定线程

先写业务代码:

package com.chapter2.howtocondition; 
 
import java.util.concurrent.locks.Condition; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class MyService { // 实例化一个ReentrantLock对象 private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 为线程A注册一个Condition public Condition conditionA = lock.newCondition(); // 为线程B注册一个Condition public Condition conditionB = lock.newCondition(); public void awaitA() { try { lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了awaitA方法"); long timeBefore = System.currentTimeMillis(); // 执行conditionA等待  conditionA.await(); long timeAfter = System.currentTimeMillis(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被唤醒"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待了: " + (timeAfter - timeBefore)/1000+"s"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void awaitB() { try { lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入了awaitB方法"); long timeBefore = System.currentTimeMillis(); // 执行conditionB等待  conditionB.await(); long timeAfter = System.currentTimeMillis(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被唤醒"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待了: " + (timeAfter - timeBefore)/1000+"s"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void signallA() { try { lock.lock(); System.out.println("启动唤醒程序"); // 唤醒所有注册conditionA的线程  conditionA.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } public void signallB() { try { lock.lock(); System.out.println("启动唤醒程序"); // 唤醒所有注册conditionA的线程  conditionB.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } }

分别实例化了两个Condition对象,都是使用同一个lock注册。注意conditionA对象的等待和唤醒只对使用了conditionA的线程有用,同理conditionB对象的等待和唤醒只对使用了conditionB的线程有用。

继续写两个线程的代码:

package com.chapter2.howtocondition; 
 
public class MyServiceThread1 implements Runnable { private MyService service; public MyServiceThread1(MyService service) { this.service = service; } @Override public void run() { service.awaitA(); } }

注意:MyServiceThread1 使用了awaitA()方法,持有的是conditionA!

package com.chapter2.howtocondition; 
 
public class MyServiceThread2 implements Runnable { private MyService service; public MyServiceThread2(MyService service) { this.service = service; } @Override public void run() { service.awaitB(); } }

注意:MyServiceThread2 使用了awaitB()方法,持有的是conditionB!

最后看启动类:

package com.chapter2.howtocondition; 
 
public class ApplicationCondition { 
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyService service = new MyService(); Runnable runnable1 = new MyServiceThread1(service); Runnable runnable2 = new MyServiceThread2(service); new Thread(runnable1, "a").start(); new Thread(runnable2, "b").start(); // 线程sleep2秒钟 Thread.sleep(2000); // 唤醒所有持有conditionA的线程  service.signallA(); Thread.sleep(2000); // 唤醒所有持有conditionB的线程  service.signallB(); } }

执行ApplicationCondition ,来看控制台输出结果:

a和b都进入各自的await()方法。首先执行的是

使用conditionA的线程被唤醒,而后再唤醒使用conditionB的线程。

 学会使用Condition,那来用它实现生产者消费者模式

生产者和消费者

首先来看业务类的实现:

 

package com.chapter2.consumeone; 
 
import java.util.concurrent.locks.Condition; 
import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Service { private Lock lock = new ReentrantLock(); private boolean flag = false; private Condition condition = lock.newCondition(); // 以此为衡量标志 private int number = 1; /** * 生产者生产 */ public void produce() { try { lock.lock(); while (flag == true) { condition.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----生产-----"); number++; System.out.println("number: " + number); System.out.println(); flag = true; // 提醒消费者消费  condition.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } /** * 消费者消费生产的物品 */ public void consume() { try { lock.lock(); while (flag == false) { condition.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----消费-----"); number--; System.out.println("number: " + number); System.out.println(); flag = false; // 提醒生产者生产  condition.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } }

 

 

生产者线程代码:

package com.chapter2.consumeone; 
 
/** 
 * 生产者线程 
 *  
 * @author tangj * */ public class MyThreadProduce implements Runnable { private Service service; public MyThreadProduce(Service service) { this.service = service; } @Override public void run() { for (;;) { service.produce(); } } }

消费者线程代码:

package com.chapter2.consumeone; 
 
/** 
 * 消费者线程 
 *  
 * @author tangj * */ public class MyThreadConsume implements Runnable { private Service service; public MyThreadConsume(Service service) { super(); this.service = service; } @Override public void run() { for (;;) { service.consume(); } } }

启动类:

package com.chapter2.consumeone; 
 
public class Application { 
 
    public static void main(String[] args) { Service service = new Service(); Runnable produce = new MyThreadProduce(service); Runnable consume = new MyThreadConsume(service); new Thread(produce, "生产者 ").start(); new Thread(consume, "消费者 ").start(); } }

执行Application,看控制台的输出:

 

因为采用了无限循环,生产者线程和消费者线程会一直处于工作状态,可以看到,生产者线程执行完毕后,消费者线程就会执行,以这样的交替顺序,

而且的number也遵循者生产者生产+1,消费者消费-1的一个状态。这个就是使用ReentrantLock和Condition来实现的生产者消费者模式。

 

顺序执行线程

充分发掘Condition的灵活性,可以用它来实现顺序执行线程。

来看业务类代码:

package com.chapter2.sequencethread; 
 
import java.util.concurrent.locks.Condition; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Service { // 通过nextThread控制下一个执行的线程 private static int nextThread = 1; private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 有三个线程,所有注册三个Condition Condition conditionA = lock.newCondition(); Condition conditionB = lock.newCondition(); Condition conditionC = lock.newCondition(); public void excuteA() { try { lock.lock(); while (nextThread != 1) { conditionA.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作"); nextThread = 2; conditionB.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void excuteB() { try { lock.lock(); while (nextThread != 2) { conditionB.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作"); nextThread = 3; conditionC.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void excuteC() { try { lock.lock(); while (nextThread != 3) { conditionC.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作"); nextThread = 1; conditionA.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } }

这里可以看到,注册了三个Condition,分别用于三个线程的等待和通知。

启动类代码:

package com.chapter2.sequencethread; 
 
/** 
 * 线程按顺序执行 
 *  
 * @author tangj * */ public class Application { private static Runnable getThreadA(final Service service) { return new Runnable() { @Override public void run() { for (;;) { service.excuteA(); } } }; } private static Runnable getThreadB(final Service service) { return new Runnable() { @Override public void run() { for (;;) { service.excuteB(); } } }; } private static Runnable getThreadC(final Service service) { return new Runnable() { @Override public void run() { for (;;) { service.excuteC(); } } }; } public static void main(String[] args) { Service service = new Service(); Runnable A = getThreadA(service); Runnable B = getThreadB(service); Runnable C = getThreadC(service); new Thread(B, "B").start(); new Thread(A, "A").start(); new Thread(C, "C").start(); } }

 

运行启动类,查看控制台输出结果:

A,B,C三个线程一直按照顺序执行。

 总结

学会使用锁是学好多线程的基础,ReentrantLock相比较关键字synchronize而言,更加而且可控,所以还是推荐大家使用ReentrantLock。

 

最后说两句:

本文所以代码都更新到我的github中,大家可以去clone或者Fork,我会持续更新的。

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