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這篇文章主要介紹Java并發(fā)編程中Lock機制下API怎么用,文中介紹的非常詳細,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們一定要看完!
Lock加鎖相關(guān)結(jié)構(gòu)中涉及兩個使用廣泛的基礎(chǔ)API:ReentrantLock類和Condition接口,基本關(guān)系如下:
Lock接口
Java并發(fā)編程中資源加鎖的根接口之一,規(guī)定了資源鎖使用的幾個基礎(chǔ)方法。
ReentrantLock類
實現(xiàn)Lock接口的可重入鎖,即線程如果獲得當前實例的鎖,并進入任務(wù)方法,在線程沒有釋放鎖的狀態(tài)下,可以再次進入任務(wù)方法,特點:互斥排它性,即同一個時刻只有一個線程進入任務(wù)。
Condition接口
Condition接口描述可能會與鎖有關(guān)聯(lián)的條件變量,提供了更強大的功能,例如在線程的等待/通知機制上,Conditon可以實現(xiàn)多路通知和選擇性通知。
生產(chǎn)消費模式
寫線程向容器中添加數(shù)據(jù),讀線程從容器獲取數(shù)據(jù),如果容器為空時,讀線程等待。
public class LockAPI01 { private static Lock lock = new ReentrantLock() ; private static Condition condition1 = lock.newCondition() ; private static Condition condition2 = lock.newCondition() ; public static void main(String[] args) throws Exception { List<String> dataList = new ArrayList<>() ; ReadList readList = new ReadList(dataList); WriteList writeList = new WriteList(dataList); new Thread(readList).start(); TimeUnit.SECONDS.sleep(2); new Thread(writeList).start(); } // 讀數(shù)據(jù)線程 static class ReadList implements Runnable { private List<String> dataList ; public ReadList (List<String> dataList){ this.dataList = dataList ; } @Override public void run() { lock.lock(); try { if (dataList.size() != 2){ System.out.println("Read wait..."); condition1.await(); } System.out.println("ReadList WakeUp..."); for (String element:dataList){ System.out.println("ReadList:"+element); } condition2.signalAll(); } catch (InterruptedException e){ e.fillInStackTrace() ; } finally { lock.unlock(); } } } // 寫數(shù)據(jù)線程 static class WriteList implements Runnable { private List<String> dataList ; public WriteList (List<String> dataList){ this.dataList = dataList ; } @Override public void run() { lock.lock(); try { dataList.add("Java") ; dataList.add("C++") ; condition1.signalAll(); System.out.println("Write over..."); condition2.await(); System.out.println("Write WakeUp..."); } catch (InterruptedException e){ e.fillInStackTrace() ; } finally { lock.unlock(); } } } }
這個生產(chǎn)消費模式和生活中的點餐場景極為類似,用戶下單,通知后廚烹飪,烹飪完成之后通知送餐。
順序執(zhí)行模式
既然線程執(zhí)行可以互相通知,那也可以基于該機制實現(xiàn)線程的順序執(zhí)行,基本思路:在一個線程執(zhí)行完畢后,基于條件喚醒下個線程。
public class LockAPI02 { public static void main(String[] args) { PrintInfo printInfo = new PrintInfo() ; ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3); service.execute(new PrintA(printInfo)); service.execute(new PrintB(printInfo)); service.execute(new PrintC(printInfo)); } } class PrintA implements Runnable { private PrintInfo printInfo ; public PrintA (PrintInfo printInfo){ this.printInfo = printInfo ; } @Override public void run() { printInfo.printA (); } } class PrintB implements Runnable { private PrintInfo printInfo ; public PrintB (PrintInfo printInfo){ this.printInfo = printInfo ; } @Override public void run() { printInfo.printB (); } } class PrintC implements Runnable { private PrintInfo printInfo ; public PrintC (PrintInfo printInfo){ this.printInfo = printInfo ; } @Override public void run() { printInfo.printC (); } } class PrintInfo { // 控制下個執(zhí)行的線程 private String info = "A"; private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 三個線程,三個控制條件 Condition conditionA = lock.newCondition(); Condition conditionB = lock.newCondition(); Condition conditionC = lock.newCondition(); public void printA (){ try { lock.lock(); while (!info.equals("A")) { conditionA.await(); } System.out.print("A"); info = "B"; conditionB.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void printB (){ try { lock.lock(); while (!info.equals("B")) { conditionB.await(); } System.out.print("B"); info = "C"; conditionC.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void printC (){ try { lock.lock(); while (!info.equals("C")) { conditionC.await(); } System.out.print("C"); info = "A"; conditionA.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } }
該案例經(jīng)常出現(xiàn)在多線程的面試題中,如何實現(xiàn)ABC的順序打印問題,基本思路就是基于線程的等待通知機制,但是實現(xiàn)方式很多,上述只是其中一種方式。
重入鎖的排它特性決定了性能會產(chǎn)生瓶頸,為了提升性能問題,JDK中還有另一套讀寫鎖機制。讀寫鎖中維護一個共享讀鎖和一個排它寫鎖,在實際開發(fā)中,讀的場景還是偏多的,所以讀寫鎖可以很好的提高并發(fā)性。
讀寫鎖相關(guān)結(jié)構(gòu)中兩個基礎(chǔ)API:ReadWriteLock接口和ReentrantReadWriteLock實現(xiàn)類,基本關(guān)系如下:
ReadWriteLock
提供兩個基礎(chǔ)方法,readLock獲取讀機制鎖,writeLock獲取寫機制鎖。
ReentrantReadWriteLock
接口ReadWriteLock的具體實現(xiàn),特點:基于讀鎖時,其他線程可以進行讀操作,基于寫鎖時,其他線程讀、寫操作都禁止。
讀寫分離模式
通過讀寫鎖機制,分別向數(shù)據(jù)容器Map中寫入數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù),以此驗證讀寫鎖機制。
public class LockAPI03 { public static void main(String[] args) throws Exception { DataMap dataMap = new DataMap() ; Thread read = new Thread(new GetRun(dataMap)) ; Thread write = new Thread(new PutRun(dataMap)) ; write.start(); Thread.sleep(2000); read.start(); } } class GetRun implements Runnable { private DataMap dataMap ; public GetRun (DataMap dataMap){ this.dataMap = dataMap ; } @Override public void run() { System.out.println("GetRun:"+dataMap.get("myKey")); } } class PutRun implements Runnable { private DataMap dataMap ; public PutRun (DataMap dataMap){ this.dataMap = dataMap ; } @Override public void run() { dataMap.put("myKey","myValue"); } } class DataMap { Map<String,String> dataMap = new HashMap<>() ; ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock() ; Lock readLock = rwLock.readLock() ; Lock writeLock = rwLock.writeLock() ; // 讀取數(shù)據(jù) public String get (String key){ readLock.lock(); try{ return dataMap.get(key) ; } finally { readLock.unlock(); } } // 寫入數(shù)據(jù) public void put (String key,String value){ writeLock.lock(); try{ dataMap.put(key,value) ; System.out.println("執(zhí)行寫入結(jié)束..."); Thread.sleep(10000); } catch (Exception e) { System.out.println("Exception..."); } finally { writeLock.unlock(); } } }
說明:當put方法一直在睡眠狀態(tài)時,因為寫鎖的排它性質(zhì),所以讀方法是無法執(zhí)行的。
LockSupport簡介
LockSupprot定義一組公共靜態(tài)方法,這些方法提供最基本的線程阻塞和喚醒功
能。
基礎(chǔ)方法
park():當前線程阻塞,當前線程被中斷或調(diào)用unpark方法,park()方法中返回;
park(Object blocker):功能同park(),傳入Object對象,記錄導致線程阻塞的阻塞對象,方便問題排查;
parkNanos(long nanos):指定時間nanos內(nèi)阻塞當前線程,超時返回;
unpark(Thread thread):喚醒指定處于阻塞狀態(tài)的線程;
代碼案例
該流程在購物APP上非常常見,當你準備支付時放棄,會有一個支付失效,在支付失效期內(nèi)可以隨時回來支付,過期后需要重新選取支付商品。
public class LockAPI04 { public static void main(String[] args) throws Exception { OrderPay orderPay = new OrderPay("UnPaid") ; Thread orderThread = new Thread(orderPay) ; orderThread.start(); Thread.sleep(3000); orderPay.changeState("Pay"); LockSupport.unpark(orderThread); } } class OrderPay implements Runnable { // 支付狀態(tài) private String orderState ; public OrderPay (String orderState){ this.orderState = orderState ; } public synchronized void changeState (String orderState){ this.orderState = orderState ; } @Override public void run() { if (orderState.equals("UnPaid")){ System.out.println("訂單待支付..."+orderState); LockSupport.park(orderState); } System.out.println("orderState="+orderState); System.out.println("訂單準備發(fā)貨..."); } }
這里基于LockSupport中park和unpark控制線程狀態(tài),實現(xiàn)的等待通知機制。
GitHub·地址 https://github.com/cicadasmile/java-base-parent GitEE·地址 https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent
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