揭秘 ReentrantLock 的内部机制

后端

2023-12-26 18:54:06

ReentrantLock：Java 的多线程同步利器

理解并发编程的锁机制至关重要，而 ReentrantLock 是 Java 中一种强大的同步工具，可以帮助你驾驭这一挑战。

深入探究 ReentrantLock

ReentrantLock 的魅力在于其灵活性和对多线程环境的精湛控制。与其他锁不同，它允许同一个线程多次获取同一把锁，从而巧妙地规避了死锁。

构造函数：

ReentrantLock 的构造函数让你可以选择是否启用公平锁。公平锁确保线程按照先到先得的原则获取锁，而非公平锁则不遵守此顺序。默认情况下，ReentrantLock 使用的是非公平锁。

加锁与解锁：

加锁操作由 lock() 方法负责，它尝试立即获取锁。如果锁可用，当前线程将无缝地获得它。但如果锁被其他线程占用，该线程将加入队列并耐心地等待。

解锁操作通过 unlock() 方法实现。一旦线程完成任务并释放锁，它将唤醒队列中所有渴望锁的线程。

排队与等待：

当线程无法立即获取锁时，它们将加入一个先进先出的队列，这意味着最早进入队列的线程将最先获得锁。这个排队机制确保了公平性和有序性。

唤醒与中断：

当锁被释放时，队列中等待的线程将被唤醒，按照先到先得的顺序继续执行。如果线程在等待期间被中断，它将从队列中移除并抛出 InterruptedException 异常。

Condition：灵活的等待条件

ReentrantLock 的另一个强大功能是 Condition 类。它允许线程等待特定条件的满足，例如另一个线程的信号。线程可以通过 await() 方法进入休眠状态，直到收到 signal() 或 signalAll() 方法的唤醒。

ReentrantLock 的应用场景

ReentrantLock 在各种需要同步访问共享资源的多线程场景中大放异彩，例如：

多线程数据结构： 确保同时只有一个线程访问共享数据，从而防止数据损坏。
多线程资源池： 管理稀缺资源的分配和释放，确保资源分配的公平性。
多线程任务队列： 协调任务的生产和消费，确保任务处理的顺序和效率。
多线程事件处理： 同步对事件的处理，防止冲突和数据丢失。

代码示例

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {

    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private static int counter = 0;

    public static void main(String[] args) {
        // 创建多个线程并启动它们
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                // 获取锁
                lock.lock();
                try {
                    // 临界区：执行需要同步的代码
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        counter++;
                    }
                } finally {
                    // 释放锁
                    lock.unlock();
                }
            });
            threads[i].start();
        }

        // 等待所有线程完成
        for (Thread thread : threads) {
            try {
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 打印计数器的最终值
        System.out.println("最终计数器值：" + counter);
    }
}