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Java多線程進(jìn)階（二）—— J.U.C之locks框架：接口

dkzwm / 1846人閱讀

摘要：二接口簡(jiǎn)介可以看做是類的方法的替代品，與配合使用。當(dāng)線程執(zhí)行對(duì)象的方法時(shí)，當(dāng)前線程會(huì)立即釋放鎖，并進(jìn)入對(duì)象的等待區(qū)，等待其它線程喚醒或中斷。

本文首發(fā)于一世流云的專欄：https://segmentfault.com/blog...

本系列文章中所說的juc-locks鎖框架就是指java.util.concurrent.locks包，該包提供了一系列基礎(chǔ)的鎖工具，用以對(duì)synchronizd、wait、notify等進(jìn)行補(bǔ)充、增強(qiáng)。
juc-locks鎖框架中一共就三個(gè)接口：Lock、Condition、ReadWriteLock，接下來對(duì)這些接口作介紹，更詳細(xì)的信息可以參考Oracle官方的文檔。

一、Lock接口簡(jiǎn)介

Lock接口可以視為synchronized的增強(qiáng)版，提供了更靈活的功能。該接口提供了限時(shí)鎖等待、鎖中斷、鎖嘗試等功能。

1.1 接口定義

該接口的方法聲明如下：

需要注意lock()和lockInterruptibly()這兩個(gè)方法的區(qū)別：

lock()方法類似于使用synchronized關(guān)鍵字加鎖，如果鎖不可用，出于線程調(diào)度目的，將禁用當(dāng)前線程，并且在獲得鎖之前，該線程將一直處于休眠狀態(tài)。
lockInterruptibly()方法顧名思義，就是如果鎖不可用，那么當(dāng)前正在等待的線程是可以被中斷的，這比synchronized關(guān)鍵字更加靈活。
1.2 使用示例

可以看到，Lock作為一種同步器，一般會(huì)用一個(gè)finally語句塊確保鎖最終會(huì)釋放。

Lock lock = ...;
if (lock.tryLock()) {
    try {
        // manipulate protected state
    } finally {
        lock.unlock();
    }
} else {
    // perform alternative actions
}
二、Condition接口簡(jiǎn)介

Condition可以看做是Obejct類的wait()、notify()、notifyAll()方法的替代品，與Lock配合使用。
當(dāng)線程執(zhí)行condition對(duì)象的await方法時(shí)，當(dāng)前線程會(huì)立即釋放鎖，并進(jìn)入對(duì)象的等待區(qū)，等待其它線程喚醒或中斷。

JUC在實(shí)現(xiàn)Conditon對(duì)象時(shí)，其實(shí)是通過實(shí)現(xiàn)AQS框架，來實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Condition等待隊(duì)列，這個(gè)在后面講AQS框架時(shí)會(huì)詳細(xì)介紹，目前只要了解Condition如何使用即可。
2.1 接口定義

2.2 使用示例

Oracle官方文檔中給出了一個(gè)緩沖隊(duì)列的示例：

假定有一個(gè)緩沖隊(duì)列，支持 put 和 take 方法。如果試圖在空隊(duì)列中執(zhí)行 take 操作，則線程將一直阻塞，直到隊(duì)列中有可用元素；如果試圖在滿隊(duì)列上執(zhí)行 put 操作，則線程也將一直阻塞，直到隊(duì)列不滿。

class BoundedBuffer {
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition notFull = lock.newCondition();
    final Condition notEmpty = lock.newCondition();
?
    final Object[] items = new Object[100];
    int putptr, takeptr, count;
?
    public void put(Object x) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length)    //防止虛假喚醒，Condition的await調(diào)用一般會(huì)放在一個(gè)循環(huán)判斷中
                notFull.await();
            items[putptr] = x;
            if (++putptr == items.length)
                putptr = 0;
            ++count;
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
?
    public Object take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            Object x = items[takeptr];
            if (++takeptr == items.length)
                takeptr = 0;
            --count;
            notFull.signal();
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
等待 Condition 時(shí)，為了防止發(fā)生“虛假喚醒”， Condition 一般都是在一個(gè)循環(huán)中被等待，并測(cè)試正被等待的狀態(tài)聲明，如上述代碼注釋部分。
雖然上面這個(gè)示例程序即使不用while，改用if判斷也不會(huì)出現(xiàn)問題，但是最佳實(shí)踐還是做while循環(huán)判斷——Guarded Suspension模式，以防遺漏情況。
三、ReadWriteLock接口簡(jiǎn)介

ReadWriteLock接口是一個(gè)多帶帶的接口（未繼承Lock接口），該接口提供了獲取讀鎖和寫鎖的方法。

所謂讀寫鎖，是一對(duì)相關(guān)的鎖——讀鎖和寫鎖，讀鎖用于只讀操作，寫鎖用于寫入操作。讀鎖可以由多個(gè)線程同時(shí)保持，而寫鎖是獨(dú)占的，只能由一個(gè)線程獲取。
3.1 接口定義

3.2 使用注意

讀寫鎖的阻塞情況如下圖：

舉個(gè)例子，假設(shè)我有一份共享數(shù)據(jù)——訂單金額，大多數(shù)情況下，線程只會(huì)進(jìn)行高頻的數(shù)據(jù)訪問（讀取訂單金額），數(shù)據(jù)修改（修改訂單金額）的頻率較低。
那么一般情況下，如果采用互斥鎖，讀/寫和讀/讀都是互斥的，性能顯然不如采用讀寫鎖。

另外，由于讀寫鎖本身的實(shí)現(xiàn)就遠(yuǎn)比獨(dú)占鎖復(fù)雜，因此，讀寫鎖比較適用于以下情形：

高頻次的讀操作，相對(duì)較低頻次的寫操作；

讀操作所用時(shí)間不會(huì)太短。（否則讀寫鎖本身的復(fù)雜實(shí)現(xiàn)所帶來的開銷會(huì)成為主要消耗成本）

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