Java線程新同步機制

Java線程新的同步機制

1.可重入鎖ReentrantLock,相當於synchronized塊,爲臨界區提供互斥訪問機制.

  (1).相關的接口

  創建一個可重入鎖
  Lock lock = new ReentrantLock();

  請求鎖,如果鎖被當前另一個線程持有,則阻塞。
  void lock() 

  釋放鎖
  void unlock();

  非阻塞型lock()
  boolean tryLock();


  (2).使用基本結構
   locker.lock();

   try{

     //code here to access the cirtical section
   }finally{
locker.unlock();
   }

   這種結構保證在任何時刻只有一個線程能夠進入臨界區,如果一個線程鎖住了鎖對象,其他任何線程在調用lock時,都會被阻塞,直到第一個線程釋放鎖對象。而且無論try塊是否拋出異常,都會執行finally block,解鎖locker.

  (3).鎖的可重入性:鎖是可重入的,線程能夠重複地獲取它已經擁有的鎖。鎖對象維護一個持有計數(hold count)來追蹤對lock方法的嵌套調用。線程在每次調用lock後都要調用unlock來釋放鎖。由於這個特性,被一個鎖保護的代碼可以調用另一個使用相同鎖的方法。

  (4).示例代碼:

Java代碼  收藏代碼
  1. import java.util.concurrent.locks.Lock;  
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  3.   
  4. class WorkerOne extends Thread{  
  5.       
  6.     private Lock locker;  
  7.       
  8.     public WorkerOne (Lock locker){  
  9.         this.locker = locker;  
  10.     }  
  11.       
  12.     public void run(){  
  13.           
  14.         locker.lock();  
  15.           
  16.         try{  
  17.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":step into critical section");  
  18.         }finally{  
  19.             locker.unlock();      
  20.         }  
  21.     }  
  22. }  
  23.   
  24.   
  25. class WorkerTwo extends Thread{  
  26.       
  27.     private Lock locker;  
  28.       
  29.     public WorkerTwo (Lock locker){  
  30.         this.locker = locker;  
  31.     }  
  32.       
  33.     public void sayHello(){  
  34.           
  35.         locker.lock();  
  36.           
  37.         try{  
  38.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":call sayHello()");  
  39.             Thread.sleep(1000);  
  40.         } catch (InterruptedException e) {  
  41.             e.printStackTrace();  
  42.         }finally{  
  43.               
  44.             locker.unlock();  
  45.         }  
  46.     }  
  47.       
  48.     public void run(){  
  49.           
  50.         locker.lock();  
  51.               
  52.         try{  
  53.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":setp into critical section");  
  54.                         //測試鎖的可重入性   
  55.             sayHello();  
  56.         }finally{  
  57.             locker.unlock();      
  58.         }  
  59.     }  
  60. }  
  61.   
  62.   
  63. public class Test5 {  
  64.   
  65.     public static void main(String[] args) {  
  66.           
  67.         Lock locker = new ReentrantLock();  
  68.           
  69.         WorkerOne wo= new WorkerOne(locker);  
  70.         wo.setName("WorkerOne");  
  71.           
  72.         WorkerTwo wt = new WorkerTwo(locker);  
  73.         wt.setName("WorkerTwo");  
  74.           
  75.         wt.start();  
  76.         wo.start();   
  77.     }  
  78. }  


輸出:
WorkerTwo:setp into critical section
WorkerTwo:call sayHello()
WorkerOne:step into critical section


2.條件對象Condition,相當於wait-notify機制,提供一種線程間的等待通知機制,condition中的等待-通知方法是await(),signal

(),signalAll(),也需要在互斥環境下被調用。

(1)相關的接口

  創建Condition對象,Condition對象是跟Lock關聯在一起的.
  Lock locker = new ReentrantLock();
  Condition cond = locker.newCondition();

  把此線程放到條件的等待集中。
  void await();

  解除此條件的等待集中所有線程的阻塞狀態
  void signalAll();

  在此條件的等待集中隨機選擇一個線程,解除其阻塞狀態。
  void signal();


(2).使用的基本結構
 
Java代碼  收藏代碼
  1. //初始時ok_to_proceed爲false.  
  2. locker.lock()  
  3.    
  4. try{  
  5.      while(!ok_to_proceed){  
  6. //進入等待此條件集中,被阻塞,它維持狀態直到另一個線程調用同一個條件上的  
  7. //signalAll/signal方法時爲止。  
  8.        cond.await();  
  9.      }  
  10. }finally{  
  11. cker.unlock();  
  12. }  


  
Java代碼  收藏代碼
  1. locker.lock();  
  2.    try{  
  3.       //調用將解除所有等待此條件下的線程的阻塞狀態。當線程從等待集中被移走時,它們將再次成爲可運行的,調度器將再次激活它們      
  4.       //此時,它們將試圖重新進入對象。一旦鎖可獲得,它們中的某個線程將從await調用返回,從而獲得鎖並從它被阻塞的地方繼續執行。  
  5.       ok_to_proceed = true;  
  6.       cond.signalAll() or cond.signal();  
  7.         
  8.    }finally{  
  9.        locker.unlock();  
  10.    }  


   ok_to_proceed也是爲了防止wait-notify出現的問題,即再wait之間,notify()已經給出通知,此時wait只會一直等待下去,這樣就保證了signal()線程的通知被await()線程接收到。


(3)測試代碼:
Java代碼  收藏代碼
  1. import java.util.concurrent.locks.Condition;  
  2. import java.util.concurrent.locks.Lock;  
  3. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  4.   
  5. class GlobalV{  
  6.       
  7.     public final static Lock locker = new ReentrantLock();  
  8.     public final static Condition cond = locker.newCondition();  
  9.     public static boolean to_proceed = false;  
  10. }  
  11.   
  12. class Response extends Thread{  
  13.       
  14.     public void run(){  
  15.           
  16.         while(true){  
  17.               
  18.             GlobalV.locker.lock();  
  19.           
  20.             try{  
  21.                   
  22.                 while(!GlobalV.to_proceed){  
  23.                     GlobalV.cond.await();  
  24.                 }  
  25.                   
  26.                 System.out.println("Response:finish a job");  
  27.                 GlobalV.to_proceed = false;  
  28.                   
  29.             }catch(Exception e){  
  30.                 e.printStackTrace();  
  31.             }finally{  
  32.                 GlobalV.locker.unlock();  
  33.             }     
  34.         }  
  35.     }  
  36. }  
  37.   
  38.   
  39. class Request extends Thread{  
  40.   
  41.     public void run(){  
  42.       
  43.         while(true){  
  44.               
  45.             GlobalV.locker.lock();  
  46.           
  47.             try{  
  48.                   
  49.                 GlobalV.to_proceed = true;  
  50.                 GlobalV.cond.signalAll();  
  51.                 System.out.println("Request:send a job to Response");  
  52.                   
  53.             }finally{  
  54.                 GlobalV.locker.unlock();  
  55.             }  
  56.               
  57.               
  58.             try {  
  59.                 Thread.sleep(2000);  
  60.             } catch (InterruptedException e) {  
  61.                 e.printStackTrace();  
  62.             }  
  63.               
  64.               
  65.         }  
  66.     }  
  67. }  
  68.   
  69.   
  70. public class Test6 {  
  71.   
  72.     public static void main(String[] args) {  
  73.           
  74.         Request req = new Request();  
  75.         Response res = new Response();  
  76.           
  77.         req.start();  
  78.         res.start();  
  79.     }  
  80. }  


輸出:
Request:send a job to Response
Response:finish a job
Request:send a job to Response
Response:finish a job
Request:send a job to Response
Response:finish a job
Request:send a job to Response
Response:finish a job


3.讀寫鎖ReentrantReadWriteLock,適用於"讀多寫少"的多線程應用場景,"讀-寫"互斥,"寫-寫"互斥,而讀-讀可以共享同讀鎖,即一個線程獲取讀鎖,其它線程可直接進入讀,不會被阻塞。


  (1).相關接口

    創建讀寫鎖對象
    ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

    獲取讀鎖
    Lock readLock = rwLock.readLock();

    獲取寫鎖
    Lock writeLock = rwLock.writeLock();


  (2).讀寫鎖使用基本結構
 
   //對所有的讀操作添加讀鎖
Java代碼  收藏代碼
  1.  readLock.lock();  
  2.   
  3.   try{  
  4.     //code to read   
  5.    
  6.   }finally{  
  7. readLock.unlock();  
  8.   }  

 
   //對所有的寫操作添加寫鎖

Java代碼  收藏代碼
  1.   writeLock.lock();  
  2.    try{  
  3.   
  4. //code to write  
  5.    }finally{  
  6.     writeLock.unlock();  
  7.    }  



  (3).測試代碼:
Java代碼  收藏代碼
  1. import java.util.concurrent.locks.Lock;  
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;  
  3.   
  4. class Reader extends Thread {  
  5.   
  6.     private Lock readLock = null;  
  7.   
  8.     public Reader(Lock readLock) {  
  9.         this.readLock = readLock;  
  10.     }  
  11.   
  12.     public void run() {  
  13.   
  14.         while (true) {  
  15.             readLock.lock();  
  16.   
  17.             try {  
  18.                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
  19.                         + ":read action for 1 seconds-"+ReadWriteLock.testVal);  
  20.                   
  21.             } finally {  
  22.                 readLock.unlock();  
  23.             }  
  24.   
  25.             try {  
  26.                 Thread.sleep(1000);  
  27.             } catch (InterruptedException e) {  
  28.                 e.printStackTrace();  
  29.             }  
  30.         }  
  31.     }  
  32. }  
  33.   
  34. class Writer extends Thread {  
  35.   
  36.     private Lock writeLock = null;  
  37.   
  38.     public Writer(Lock writeLock) {  
  39.         this.writeLock = writeLock;  
  40.     }  
  41.   
  42.     public void run() {  
  43.   
  44.         while (true) {  
  45.             writeLock.lock();  
  46.   
  47.             try {  
  48.   
  49.                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
  50.                         + ":write action for 2 seconds");  
  51.                   
  52.                 if(ReadWriteLock.testVal.equals("1111"))  
  53.                     ReadWriteLock.testVal = "2222";  
  54.                 else  
  55.                     ReadWriteLock.testVal = "1111";  
  56.   
  57.             } finally {  
  58.                 writeLock.unlock();  
  59.             }  
  60.   
  61.             try {  
  62.                 Thread.sleep(2000);  
  63.             } catch (InterruptedException e) {  
  64.                 e.printStackTrace();  
  65.             }  
  66.         }  
  67.     }  
  68.   
  69. }  
  70.   
  71. public class ReadWriteLock {  
  72.   
  73.     public static String  testVal = "Initiation";  
  74.       
  75.     public static void main(String[] args) {  
  76.   
  77.         ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();  
  78.         Lock readLock = lock.readLock();  
  79.         Lock writeLock = lock.writeLock();  
  80.           
  81.   
  82.         Reader reader1 = new Reader(readLock);  
  83.         reader1.setName("reader1");  
  84.   
  85.         Reader reader2 = new Reader(readLock);  
  86.         reader2.setName("reader2");  
  87.   
  88.         Reader reader3 = new Reader(readLock);  
  89.         reader3.setName("reader3");  
  90.   
  91.         Reader reader4 = new Reader(readLock);  
  92.         reader4.setName("reader4");  
  93.   
  94.         Writer writer = new Writer(writeLock);  
  95.         writer.setName("writer1");  
  96.   
  97.         reader1.start();  
  98.         reader2.start();  
  99.         reader3.start();  
  100.         reader4.start();  
  101.   
  102.         writer.start();  
  103.     }  
  104.   
  105. }  


輸出:
reader1:read action for 1 seconds-Initiation
reader3:read action for 1 seconds-Initiation
writer1:write action for 2 seconds
reader2:read action for 1 seconds-1111
reader4:read action for 1 seconds-1111
reader3:read action for 1 seconds-1111
reader1:read action for 1 seconds-1111
reader4:read action for 1 seconds-1111
reader2:read action for 1 seconds-1111
writer1:write action for 2 seconds
reader4:read action for 1 seconds-2222
reader1:read action for 1 seconds-2222
reader3:read action for 1 seconds-2222
reader2:read action for 1 seconds-2222


4.總結

(1).Lock接口替代synchronized
     Lock接口可以比sychronized提供更廣泛的鎖定操作.可以提供多把不同的鎖.且鎖之間互不干涉.
     Lock接口提供lock()與unlock()方法, 使用明確調用來完成同步的, OO思想好於前者.
     Lock可以自由操控同步範圍(scope).
     Lock接口支持nested lock(嵌套鎖定).並提供了豐富的api.
     Lock接口提供了tryLock()方法, 支持嘗試取得某個object lock.
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