本文可作为传智播客《张孝祥-Java多线程与并发库高级应用》的学习笔记。
一个简单的例子
两个线程,一个不断打印a,一个不断打印b
public class LockTest {
public static void main(String[] args){
final Outputer outputer = new Outputer();
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
outputer.output("aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa");
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
outputer.output("bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb");
}//a的数量与b的数量一致
}
}).start();
}
static class Outputer{
public void output(String name){
int len = name.length();
try{
for(int i=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}finally{
}
}
}
}
最后的部分结果
bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
b
bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
为什么会这样?
很简单,在输出b的时候,还没有输出完,a线程(打印a的那个线程)已经抢到了控制权,开始打印a,等a线程将a输出完后,并且打印了一个回车后,b线程才抢回系统控制权,打印它上一次最后剩下的一个b。
要解决上面的问题很简单:
static class Outputer{
public synchronized void output(String name){
int len = name.length();
//.....
}
}
这样一来,我们就保证了Outputer类里的output方法是原子性的,不会有两个线程同时执行它。
就上面的例子而言我们是否还有更好的方法呢?
有。
java5中提供了一种更加面向对象的技术类解决多线程之间的互斥问题-----锁。
java.util.concurrent.locks Interface Lock
锁技术的核心就是Lock及它的实现类。
基本锁
上面的例子如果使用锁,代码如下
static class Outputer{
Lock lock = new ReentrantLock();
public void output(String name){
int len = name.length();
lock.lock(); //标识1
try{
for(int i=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}finally{
lock.unlock(); //标识2
}
}
线程a执行到上面代码的标识1处加锁,当线程a在输出字符a时,线程b也执行到了标识1处。此时线程b是不能获得锁的。它被阻塞到标识1处,直到线程a打印完之后在标识2处释放了锁。(线程a线程b共用一把锁,也就是Lock lock = new ReentrantLock())
另外为什么标识2出的释放锁放到了finally里,大家应该明白了吧。
读与写
上面的问题中output的主体(len是方法内部的局部变量,为每个线程自有,互不干涉)被全部互斥,它保证了任何时候,都只有一个线程执行标识1与标识2直接的代码。
但是我们得意识到:对共有数据的操作,基本可以分为两类,读与写。
对共有资源操作的时候,我们应该遵循三大准则:
1 当一个线程对资源进行写操作的时候,别的线程既不能对资源读也不能对资源写。
2 当一个线程对资源进行读操作的时候,别的线程不能对资源写。
3 当一个线程对资源进行读操作的时候,别的线程能对资源读。
一二准则保证了系统的正确性。第三准则能提高系统的性能。 毕竟多个线程对资源进行读操作是可以的。
看下面这个既有读又有写的例子。
public class ReadWriteLockTest {
public static void main(String[] args) {
final Queue3 q3 = new Queue3();
for(int i=0;i<3;i++)
{
new Thread(){
public void run(){
while(true){
q3.get();
}
}
}.start();
new Thread(){
public void run(){
while(true){
q3.put(new Random().nextInt(10000));
}
}
}.start();
}
}
}
class Queue3{
private Object data = null;//共享数据，只能有一个线程能写该数据，但可以有多个线程同时读该数据。
public void get(){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " be ready to read data!");
Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "have read data :" + data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void put(Object data){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " be ready to write data!");
Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
this.data = data;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have write data: " + data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
结果如下
Thread-0 be ready to read data!
Thread-1 be ready to write data!
Thread-2 be ready to read data!
Thread-3 be ready to write data!
Thread-4 be ready to read data!
Thread-5 be ready to write data!
Thread-0have read data :null
Thread-0 be ready to read data!
Thread-3 have write data: 5280
Thread-3 be ready to write data!
Thread-1 have write data: 5839
Thread-1 be ready to write data!
Thread-4have read data :5839
我们可以看到 读中有写 写中有写 写中有读 完全乱套了。
我们试试个两个方法加上synchronized 结果如下
Thread-0 be ready to read data!
Thread-0have read data :null
Thread-5 be ready to write data!
Thread-5 have write data: 7931
Thread-5 be ready to write data!
Thread-5 have write data: 9564
Thread-5 be ready to write data!
Thread-5 have write data: 1203
Thread-5 be ready to write data!
Thread-5 have write data: 8870
Thread-4 be ready to read data!
Thread-4have read data :8870
Thread-3 be ready to write data!
Thread-3 have write data: 9334
Thread-3 be ready to write data!
Thread-3 have write data: 2680
Thread-3 be ready to write data!
Thread-3 have write data: 9948
Thread-3 be ready to write data!
Thread-3 have write data: 375
Thread-2 be ready to read data!
读与写完全互斥,读的时候不写,写的时候不读。满足一二准则。
读写锁
为了实现准则三,在java5中的出现了读写锁。
java.util.concurrent.locks Interface ReadWriteLock
ReadWriteLock有两个方法
Lock readLock() Returns the lock used for reading.
Lock writeLock() Returns the lock used for writing.
得到两种锁后,就可以调用锁的lock与unlock方法了。
一般使用它的子类ReentrantReadWriteLock来产生ReadWriteLock
其签名如下:
public class ReentrantReadWriteLock extends Object implements ReadWriteLock, Serializable
看看使用方法
class Queue3{
private Object data = null;//共享数据，只能有一个线程能写该数据，但可以有多个线程同时读该数据。
ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public void get(){
rwl.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " be ready to read data!");
Thread.sleep(20);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have read data :" + data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
rwl.readLock().unlock();
}
}
public void put(Object data){
rwl.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " be ready to write data!");
Thread.sleep(20);
this.data = data;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have write data: " + data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
rwl.writeLock().unlock();
}
}
}
结果如下
Thread-5 have write data: 7329
Thread-0 be ready to read data!
Thread-0 have read data :7329
Thread-1 be ready to write data!
Thread-1 have write data: 1361
Thread-2 be ready to read data!
Thread-4 be ready to read data!
Thread-0 be ready to read data!
Thread-2 have read data :1361
Thread-2 be ready to read data!
Thread-4 have read data :1361
我们可以看到 线程1的写是完全互斥的。
而线程2 4 0的读是可以同步进行的。
这是读写锁最简单的例子,下一节,我们看一个稍微复杂的,把读锁与写锁放到一个方法内的例子。
感谢glt