Java并發編程——鎖與可重入鎖

上一篇文章中講述了信號量和互斥量,其中互斥量一般用于保證對于資源的互斥訪問,和鎖的本質一樣。本文講述簡單鎖的實現和可重入鎖的基本原理。

簡單鎖

在講述簡單鎖的實現之前,我們先來看一個鎖的應用例子:

public class Counter{
    private Lock lock = new Lock();
    private int count = 0;
    public int inc(){
        lock.lock();
        this.count++;
        lock.unlock();
        return count;
    }
}

上面的程序中,由于this.count++這一操作分多步執行,在多線程環境中可能出現結果不符合預期的情況,這段代碼稱之為 臨界區 ,所以需要使用lock來保證其原子性。

Lock的實現:

public class Lock{
    private boolean isLocked = false;
    public synchronized void lock() throws InterruptedException{
        while(isLocked){    //不用if,而用while,是為了防止假喚醒
            wait();
        }
        isLocked = true;
    }
    public synchronized void unlock(){
        isLocked = false;
        notify();
    }
}

說明:當isLocked為true時,調用lock()的線程在wait()阻塞。 為防止該線程虛假喚醒,程序會重新去檢查isLocked條件。 如果isLocked為false,當前線程會退出while(isLocked)循環,并將isLocked設回true,讓其它正在調用lock()方法的線程能夠在Lock實例上加鎖。當線程完成了臨界區中的代碼,就會調用unlock()。執行unlock()會重新將isLocked設置為false,并且喚醒 其中一個 處于等待狀態的線程。

鎖的可重入性

同樣,先舉例來說明鎖的可重入性:

public class UnReentrant{
    Lock lock = new Lock();
    public void outer(){
        lock.lock();
        inner();
        lock.unlock();
    }
    public void inner(){
        lock.lock();
        //do something
        lock.unlock();
    }
}

outer中調用了inner,outer先鎖住了lock,這樣inner就不能再獲取lock。其實調用outer的線程已經獲取了lock鎖,但是不能在inner中重復利用已經獲取的鎖資源,這種鎖即稱之為 不可重入 。通常也稱為 自旋鎖 。相對來說,可重入就意味著:線程可以進入任何一個它已經擁有的鎖所同步著的代碼塊。

可重入鎖的基本原理

我們在上面的Lock基礎上作一些修改:

public class Lock{
    boolean isLocked = false;
    Thread  lockedBy = null;
    int lockedCount = 0;
    public synchronized void lock()
        throws InterruptedException{
        Thread callingThread = Thread.currentThread();
        while(isLocked && lockedBy != callingThread){
            wait();
        }
        isLocked = true;
        lockedCount++;
        lockedBy = callingThread;
  }
    public synchronized void unlock(){
        if(Thread.curentThread() == this.lockedBy){
            lockedCount--;
            if(lockedCount == 0){
                isLocked = false;
                notify();
            }
        }
    }
}
  • lockBy:保存已經獲得鎖實例的線程,在lock()判斷調用lock的線程是否已經獲得當前鎖實例,如果已經獲得鎖,則直接跳過while,無需等待。
  • lockCount:記錄同一個線程重復對一個鎖對象加鎖的次數。否則,一次unlock就會解除所有鎖,即使這個鎖實例已經加鎖多次了。

Java中常用的鎖的屬性

synchronized:可重入鎖;
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock:可重入鎖;

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