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Java線程與并發編程實踐----鎖框架

標簽:
Java

    Java.util.concurrent.locks包提供了一个包含多种接口和类的框架,它

针对条件进行加锁和等待。不同于对象的内置加锁同步以及java.lang.Object的等

待/通知机制,包含锁框架的并发工具类通过轮询锁、显示等待及其它方式改善这种

机制。

    锁框架包含了经常使用的锁、重入锁、条件、读写锁以及冲入读写锁等类别。

一、锁(Lock)

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。此实

现允许更灵活的结构,可以具有差别很大的属性,可以支持多个相关的 Condition 对象。

锁是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常,锁提供了对共享资源的独占访问。

一次只能有一个线程获得锁,对共享资源的所有访问都需要首先获得锁。不过,某些锁

可能允许对共享资源并发访问,如 ReadWriteLock 的读取锁。

synchronized 方法或语句的使用提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问,但却

强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中:当获取了多个锁时,它们必须以相反的

顺序释放,且必须在与所有锁被获取时相同的词法范围内释放所有锁。

虽然 synchronized 方法和语句的范围机制使得使用监视器锁编程方便了很多,而且还

帮助避免了很多涉及到锁的常见编程错误,但有时也需要以更为灵活的方式使用锁。

例如,某些遍历并发访问的数据结果的算法要求使用 "hand-over-hand" 或 "chain locking":

获取节点 A 的锁,然后再获取节点 B 的锁,然后释放 A 并获取 C,然后释放

 B 并获取 D,依此类推。Lock 接口的实现允许锁在不同的作用范围内获取和释放,

并允许以任何顺序获取和释放多个锁,从而支持使用这种技术。 

二、重入锁

    类ReentrantLock实现了接口Lock,描述了一个可重入的互斥锁。这个锁和一个持有量

相关联。当一个线程持有这个锁并且调用lock()、lockUninterruptibly()或者任意一个trylock()

方法重新获取锁,这个持有量就递增一。当线程调用unlock()方法,持有量就递减1。当持有量

降为零,锁就会被释放。

    ReentrantLock提供了与通过同步方法、代码块得以访问的隐士监听锁同样的并发语义

及内存语义。不过它具备可扩展的功能并且在高线程争用的环境下(线程频繁地请求获取已经

被其它线程持有的锁)具有更好地性能。

使用重入锁实现同步块:

import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Test {	public static void main(String[] args) {				final Lock lock = new ReentrantLock();		ExecutorService execute = Executors.newFixedThreadPool(2);		class Worker implements Runnable {						private final String name;			public Worker(String name) {				this.name = name;			}			@Override			public void run() {				lock.lock();				System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"---"+ name);				try {					Thread.sleep(1000);				} catch (InterruptedException e) {					e.printStackTrace();				} finally {					lock.unlock();				}			}		}		execute.execute(new Worker("jiaxx"));		execute.execute(new Worker("jiadd"));		execute.shutdown();	}}

三、条件

    接口Condition把Object的wait和notification方法分解到不同的条件对象中。

通过把这些条件和任意Lock实现的使用组合起来,起到让每个对象上具有多重等待集合

的作用。这里Lock取代了同步方法、代码块,Condition取代了Object的wait、notification

方法。

使用重入锁和条件实现生产者和消费者:

package xiancheng;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class PC {	public static void main(String[] args) {		Shared s = new Shared();		Thread t1 = new Thread(new Product(s,s.lock,s.condition));		Thread t2 = new Thread(new Consumer(s,s.lock,s.condition));		t1.start();		t2.start();	}}class Shared {	private char c;	private volatile boolean writeable = true;	final Lock lock;	final Condition condition;	public Shared() {		this.lock = new ReentrantLock();		this.condition = lock.newCondition();	}	public void setChar(char ch) {		lock.lock();		while (!writeable) {			try {				condition.await();			} catch (InterruptedException e) {				e.printStackTrace();			}		}		this.c = ch;		writeable = false;		condition.signal();		lock.unlock();	}	public char getChar() {		lock.lock();		while (writeable) {			try {				condition.await();			} catch (InterruptedException e) {				e.printStackTrace();			}		}		writeable = true;		condition.signal();		lock.unlock();		return c;	}}class Product implements Runnable {	private final Shared s;	private final Lock lock;	private final Condition condition;	public Product(Shared s, Lock lock, Condition condition) {		this.s = s;		this.lock = lock;		this.condition = condition;	}	@Override	public void run() {		for (char i = 'A'; i < 'Z'; i++) {			lock.lock();			s.setChar(i);			System.out.println("生产者生产了一个" + i);			lock.unlock();		}	}}class Consumer implements Runnable {	private final Lock lock;	private final Condition condition;	private final Shared s;	public Consumer(Shared s, Lock lock, Condition condition) {		this.s = s;		this.lock = lock;		this.condition = condition;	}	@Override	public void run() {		char ch;		do {			lock.lock();			ch = s.getChar();			System.out.println("消费者消费了一个" + ch);			lock.unlock();		} while (ch != 'Z');	}}

四、读写锁

    读写锁适用于对数据结构频繁读而较少修改的场景。

    锁框架针对这些场景提供了读--写锁机制,在读取时具有更好地并发性,而写入时

保证安全的互斥访问。这一机制基于接口ReadWriteLock接口。该接口维护了一对锁,一个

针对写操作,一个针对读操作,读锁可以被多个线程持有,而写锁是互斥的,只允许一个线程

访问修改共享数据。

具体代码的实现参见我的另一篇微博:

http://blog.51cto.com/12222886/1964183

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