java线程锁的基本使用详解

一…锁的基本使用方式

1. Lock锁说明

首先要说明的就是Lock，通过查看Lock的源码可知，Lock是一个接口。

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;public interface Lock {void lock();void lockInterruptibly() throws InterruptedException;boolean tryLock();boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;void unlock();Condition newCondition();
}

下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协作一文中讲述。

在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？

首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。

tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。

Lock lock = ...;if(lock.tryLock()) {try{//处理任务}catch(Exception ex){}finally{lock.unlock();   //释放锁}  
}else {//如果不能获取锁，则直接做其他事情
}

lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：

public void method() throws InterruptedException {lock.lockInterruptibly();try {   //.....}finally {lock.unlock();}   
}

注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。

因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。

而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。

2. ReentrantLock

ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

例子1，lock()的正确使用方法

public class Test {private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 注意这个地方public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();new Thread() {public void run() {test.insert(Thread.currentThread());};}.start();new Thread() {public void run() {test.insert(Thread.currentThread());};}.start();}public void insert(Thread thread) {lock.lock();try {System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");for (int i = 0; i < 5; i++) {arrayList.add(i);}} catch (Exception e) {// TODO: handle exception} finally {System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");lock.unlock();}}
}

例子2，tryLock()的使用方法

public void insert(Thread thread) {if (lock.tryLock()) {try {System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");for (int i = 0; i < 5; i++) {arrayList.add(i);}} catch (Exception e) {// TODO: handle exception} finally {System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");lock.unlock();}} else {System.out.println(thread.getName() + "获取锁失败");}
}

例子3，lockInterruptibly()响应中断的使用方法：

public class Test {private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public static void main(String[] args) {Test test = new Test();MyThread thread1 = new MyThread(test);MyThread thread2 = new MyThread(test);thread1.start();thread2.start();try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}thread2.interrupt();}public void insert(Thread thread) throws InterruptedException {lock.lockInterruptibly(); // 注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出try {System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");long startTime = System.currentTimeMillis();for (;;) {if (System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)break;// 插入数据}}catch（Exception e）{}finally {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行finally");lock.unlock();System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");}}}class MyThread extends Thread {private Test test = null;public MyThread(Test test) {this.test = test;}@Overridepublic void run() {try {test.insert(Thread.currentThread());} catch (InterruptedException e) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断");}}
}

运行之后，发现thread2能够被正确中断。

3.ReadWriteLock

ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：

public interface ReadWriteLock {Lock readLock();Lock writeLock();
}

一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成2个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

4.ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下synchronized达到的效果：

public class Test {private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();}public synchronized void get(Thread thread) {long start = System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");}System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");}
}

这段程序的输出结果会是，直到thread1执行完读操作之后，才会打印thread2执行读操作的信息。

而改成用读写锁的话：

public class Test {private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();}public void get(Thread thread) {rwl.readLock().lock();try {long start = System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");}System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");} finally {rwl.readLock().unlock();}}
}

说明thread1和thread2在同时进行读操作，这样就大大提升了读操作的效率。

不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。

5.CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，用来作为线程间的通信而不是互斥作用。

CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现，计数器初始值就是线程的数量。

当每个被计数的线程完成任务后，计数器值减一，当计数器的值为0时，表示所有线程都已经完成了任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行。

CountDownLatch(int count)：count为计数器的初始值（一般需要多少个线程执行，count就设为几）。countDown(): 每调用一次计数器值-1，直到count被减为0，代表所有线程全部执行完毕。getCount()：获取当前计数器的值。await(): 等待计数器变为0，即等待所有异步线程执行完毕。boolean await(long timeout, TimeUnit unit)： 此方法与await()区别：
1.此方法至多会等待指定的时间，超时后会自动唤醒，若 timeout 小于等于零，则不会等待
2.boolean 类型返回值：若计数器变为零了，则返回 true；若指定的等待时间过去了，则返回 false

CountDownLatch应用场景：

某个线程需要在其他n个线程执行完毕后再向下执行
多个线程并行执行同一个任务，提高响应速度

CountDownLatch代码示例

/*** @author liuhuifang* @date 2022/5/26 11:31*/
public class CountDownLaunchTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {List list = new ArrayList();for(int i = 1; i<=100; i++){list.add(i);}Long start = System.currentTimeMillis();for(int i = 0; i<list.size(); i++){Thread.sleep(100);}System.out.println("=====同步执行：耗时"+(System.currentTimeMillis()-start)+"毫秒======");Long start1 = System.currentTimeMillis();CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);for(int i = 0; i<latch.getCount(); i++){new Thread(new Test(latch, i, list)).start();}latch.await();System.out.println("=====异步执行：耗时"+(System.currentTimeMillis()-start1)+"毫秒======");}static class Test implements Runnable{private CountDownLatch latch;private int i;private List list;Test(CountDownLatch latch, int i, List list){this.latch = latch;this.i = i;this.list = list;}@SneakyThrows@Overridepublic void run() {for(int a = i*10; a<(i+1)*10; a++){// 执行任务逻辑Thread.sleep(100);}latch.countDown();}}
}

二、锁的相关概念介绍

在前面介绍了Lock的基本使用，这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。

1.可重入锁

如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。

class MyClass {public synchronized void method1() {method2();}public synchronized void method2() {}
}

上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。