Java 中的锁如何使用？有什么注意事项？

2019-09-19

Java 中常见的锁有

synchronized
可重入锁 java.util.concurrent.lock.ReentrantLock
可重复读写锁 java.util.concurrent.lock.ReentrantReadWriteLock

synchronized 有 3种用法

修饰普通方法，执行方法代码，需要获取对象本身 this 的锁

package constxiong.concurrency.a18;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 测试 synchronized 普通方法
 * @author ConstXiong
 * @date 2019-09-19 10:49:46
 */
public class TestSynchronizedNormalMethod {

	private int count = 0;
	
//	private void add1000() {
	private synchronized void add1000() { //使用 synchronized 修饰 add100 方法，即可获得正确的值 30000
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			count++;
		}
	}
	
	//启动 30 个线程，每个线程 对 TestSynchronized 对象的 count 属性加 1000
	private void test() throws InterruptedException {
		List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>(10);
		
		for (int i = 0; i < 30; i++) {
			Thread t =  new Thread(() -> {
				add1000();
			});
			t.start();
			threads.add(t);
		}
		
		//等待所有线程执行完毕
		for (Thread t : threads) {
			t.join();
		}
		
		//打印 count 的值
		System.out.println(count);
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		//创建 TestSynchronizedNormalMethod 对象，调用 test 方法
		new TestSynchronizedNormalMethod().test();
	}
}

修饰静态方法，执行方法代码，需要获取 class 对象的锁

package constxiong.concurrency.a18;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 测试 synchronized 静态方法
 * @author ConstXiong
 * @date 2019-09-19 10:49:46
 */
public class TestSynchronizedStaticMethod {

	private static int count = 0;
	
	private static void add1000() {
//	private synchronized static void add1000() { //使用 synchronized 修饰 add100 方法，即可获得正确的值 30000
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			count++;
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		
		//启动 30 个线程，每个线程 对 TestSynchronized 对象的 count 属性加 1000
		List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>(10);
		
		for (int i = 0; i < 30; i++) {
			Thread t =  new Thread(() -> {
				add1000();
			});
			t.start();
			threads.add(t);
		}
		
		//等待所有线程执行完毕
		for (Thread t : threads) {
			t.join();
		}
		
		//打印 count 的值
		System.out.println(count);
	}
}

锁定 Java 对象，修饰代码块，显示指定需要获取的 Java 对象锁

package constxiong.concurrency.a18;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 测试 synchronized 代码块
 * @author ConstXiong
 * @date 2019-09-19 10:49:46
 */
public class TestSynchronizedCodeBlock {

	private int count = 0;
	
	//锁定的对象
	private final Object obj = new Object();
	
	private void add1000() {
		
		//执行下面的加 1000 的操作，都需要获取 obj 这个对象的锁
		synchronized (obj) {
			for (int i = 0; i < 1000; i++) {
				count++;
			}
		}
	}
	
	//启动 30 个线程，每个线程 对 TestSynchronized 对象的 count 属性加 1000
	private void test() throws InterruptedException {
		List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>(10);
		
		for (int i = 0; i < 30; i++) {
			Thread t =  new Thread(() -> {
				add1000();
			});
			t.start();
			threads.add(t);
		}
		
		//等待所有线程执行完毕
		for (Thread t : threads) {
			t.join();
		}
		
		//打印 count 的值
		System.out.println(count);
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		//创建 TestSynchronizedNormalMethod 对象，调用 test 方法
		new TestSynchronizedCodeBlock().test();
	}
}

可重入锁 java.util.concurrent.lock.ReentrantLock 的使用示例

package constxiong.concurrency.a18;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 测试 ReentrantLock 
 * @author ConstXiong
 * @date 2019-09-19 11:26:50
 */
public class TestReentrantLock {

	private int count = 0;
	
	private final Lock lock = new ReentrantLock();
	
	private void add1000() {
		lock.lock();
		try {
			for (int i = 0; i < 1000; i++) {
				count++;
			}
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	//启动 30 个线程，每个线程 对 TestSynchronized 对象的 count 属性加 1000
	private void test() throws InterruptedException {
		List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>(10);
		
		for (int i = 0; i < 30; i++) {
			Thread t =  new Thread(() -> {
				add1000();
			});
			t.start();
			threads.add(t);
		}
		
		//等待所有线程执行完毕
		for (Thread t : threads) {
			t.join();
		}
		
		//打印 count 的值
		System.out.println(count);
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		//创建 TestReentrantLock 对象，调用 test 方法
		new TestReentrantLock().test();
	}
	
}

可重复读写锁 java.util.concurrent.lock.ReentrantReadWriteLock 的使用示例

package constxiong.concurrency.a18;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
 
/**
 * 测试可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock
 * @author ConstXiong
 * @date 2019-09-19 11:36:19
 */
public class TestReentrantReadWriteLock {
	
	//存储 key value 的 map
	private Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
	
	//读写锁
	private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
	
	/**
	 * 根据 key 获取 value
	 * @param key
	 */
	public Object get(String key) {
		Object value = null;
		lock.readLock().lock();
		try {
			Thread.sleep(50L);
			value = map.get(key);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.readLock().unlock();
		}
		return value; 
	}
	
	/**
	 * 设置key-value
	 * @param key
	 */
	public void set(String key, Object value) {
		lock.writeLock().lock();
		try {
			Thread.sleep(50L);
			map.put(key, value);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.writeLock().unlock();
		}
	}
 
	//测试5个线程读数据，5个线程写数据
	public static void main(String[] args) {
		//创建测试可重入读写锁 TestReentrantReadWriteLock 对象
		TestReentrantReadWriteLock test = new TestReentrantReadWriteLock();
		
		String key = "lock";//存入 map 中的 key
		Random r = new Random();//生成随机数作为 value
		
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			//5 个线程读 map 中 key 的 value
			new Thread(() -> {
				for (int j = 0; j < 10; j++) {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " read value=" + test.get(key));
				}
			}).start();
			
			//5 个线程写 map 中 key 的 value
			new Thread(() -> {
				for (int j = 0; j < 10; j++) {
					int value = r.nextInt(1000);
					test.set(key, value);
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " write value=" + value);
				}
			}).start();
		}
	}
	
}

锁的使用注意事项

synchronized 修饰代码块时，最好不要锁定基本类型的包装类，如 jvm 会缓存 -128 ~ 127 Integer 对象，每次向如下方式定义 Integer 对象，会获得同一个 Integer，如果不同地方锁定，可能会导致诡异的性能问题或者死锁

Integer i = 100;

synchronized 修饰代码块时，要线程互斥地执行代码块，需要确保锁定的是同一个对象，这点往往在实际编程中会被忽视
synchronized 不支持尝试获取锁、锁超时和公平锁
ReentrantLock 一定要记得在 finally{} 语句块中调用 unlock() 方法释放锁，不然可能导致死锁
ReentrantLock 在并发量很高的情况，由于自旋很消耗 CPU 资源
ReentrantReadWriteLock 适合对共享资源写操作很少，读操作频繁的场景；可以从写锁降级到读锁，无法从读锁升级到写锁

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