【Java并发编程】Lock与Condition接口

ゝ一纸荒年。 2022-12-31 01:09 243阅读 0赞

### 一. 介绍 ###

我在[《AQS(5)——ConditionObject》][AQS_5_ConditionObject]这篇文章中曾提过管程这个概念，它能够解决并发编程领域的两大核心问题

1.  互斥：同一时刻只能有一个线程访问共享资源
2.  同步：线程之间的通信协作

而Java在1.5版本之前，是通过synchronized来实现。到了Java 1.5版本，Java大神Doug Lea的又在Java并发包增加了Lock和Condition两接口来解决这两个问题

为啥synchronized实现了管程，还要添加这两接口重复实现呢？答案很容易猜到，就是synchronized有缺陷，针对互斥与同步都存在缺陷：

1.  无法解决死锁问题
2.  最多使用一个条件变量

接下来我们就来看看Lock与Condition接口是如何解决这两个问题的

### 二. Lock接口 ###

#### 2.1 介绍 ####

我们知道，只有以下四个条件都发生时才会出现死锁：

1.  互斥：共享资源只能被一个线程占用
2.  不可抢占：其他线程不能强行另一个线程占有的资源
3.  占有且等待：线程T1已经取得共享资源X时，在等待共享资源Y时候，不释放共享资源X
4.  循环等待：线程T1等待线程T2占有的资源，线程T2等待线程T1占有的资源

所以，我们只要破坏其中一个，就可以成功避免死锁的发生，需要注意的是，互斥这个条件我们没办法破坏，因为我们用锁就是为了互斥，而其他三个是可以破坏掉。

Lock是通过下面三个方式来破坏掉 "不可抢占"这个条件的：

1.  非阻塞获取锁：尝试获取锁，如果失败了就立刻返回失败，这样就可以释放已经持有的锁
2.  响应中断：如果发生死锁后，此线程被其他线程中断，则会释放锁，解除死锁
3.  支持超时：一段时间内获取不到锁，就返回失败，这样就可以释放之前已经持有的锁

还需要额外注意的一点，当我们使用内置锁时，是不需要考虑释放锁的，而Lock作为一种显示锁，是需要手动释放的。我们一般通过try-finally或try-catch保护锁定时执行的所有代码，并确保在必要时释放锁定，作者也给我们提供了比较常用的使用的方式

Lock l = ...;
    	 l.lock();
     	 try { 
       // access the resource protected by this lock
    	 } finally { 
      	 l.unlock();
    	 }

接下来我们具体来看看接口吧

#### 2.2 源码解读 ####

public interface Lock { 
    	/** 阻塞获取锁，不响应中断，如果获取不到，则当前线程将进入休眠状态，直到获得锁为止。 */
        void lock();
    
      	/** 阻塞获取锁，响应中断，如果出现以下两种情况将抛出异常 1.调用该方法时，此线程中断标志位被设置为true 2.获取锁的过程中此线程被中断，并且获取锁的实现会响应中断 */
        void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
      
        /** 非阻塞获取锁，不管成功还是失败，都会立刻返回结果，成功了返回true,失败了返回false 该方法的典型用法是： Lock lock = ...; if (lock.tryLock()) { try { // manipulate protected state } finally { lock.unlock(); } } else { // perform alternative actions }} 这种用法可确保在获取锁后将其解锁，并且在未获取锁时不会尝试解锁。 */
        boolean tryLock();
     
        /** 带超时时间且响应中断的获取锁，如果获取锁成功，则返回true,获取不到则会休眠，直到下面三个条件满足 1.当前线程获取到锁 2.其他线程中断了当前线程，并且获取锁的实现支持中断 3.设置的超时事件到了 而抛出异常的情况与lockInterruptibly一致 当异常抛出后中断标志位会被清除，且超时时间到了，当前线程还没有获得锁，则会直接返回false */
        boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
       
        /** 没啥好说，只有拥有锁的线程才能释放锁 */
        void unlock();
    
        /** 返回绑定到此Lock实例的新Condition实例。 在等待该条件之前，该锁必须由当前线程持有。调用Condition.await（）会在等待之前自动释放锁，并在等待返回之前重新获取该锁。 我们再下一小节再详细说说Condition接口 */
        Condition newCondition();
    }

### 三. Condition接口 ###

#### 3.1 介绍 ####

Lock解决了synchronized不能处理死锁的问题，并对功能进行了扩展，而Condition接口就是解决synchronized只能有一个条件变量的缺点。

同一个synchronize内置锁只对应一个wait set，即当线程调用wait方法时，会把当前线程放入到同一个wait set中，当我们需要根据某些特定的条件来唤醒符合条件的线程时，我们只能先从wait set里唤醒一个线程后，再看是否符合条件，如果不符合条件，则需要将此线程继续wait，然后再去wait set中获取下一个线程再判断是否满足条件。这样会导致许多无意义的cpu开销。

所以Condition就是为了解决上面问题存在的。每一个锁都会对应多个Condition，每个Condtition都有一个容器来保存相应的等待线程，拿到锁的线程想唤醒某个等待特定条件的线程时，只需要去唤醒对应Condition容器中的线程即可。

#### 3.2 源码解读 ####

public interface Condition { 
    
        /** 使当前线程等待，并响应中断。当当前线程进入休眠状态后，如果发生以下四种情况将会被唤醒： 1.其他一些线程对此条件调用signal方法，而当前线程恰好被选择为要唤醒的线程； 2.其他一些线程对此条件调用signalAll方法 3.其他一些线程中断当前线程，并支持中断线程挂起 4.发生“虚假唤醒”。 */
        void await() throws InterruptedException;
    
        /** 使当前线程等待，并不响应中断。只有以下三种情况才会被唤醒 1.其他一些线程对此条件调用signal方法，而当前线程恰好被选择为要唤醒的线程； 2.其他一些线程对此条件调用signalAll方法 3.发生“虚假唤醒”。 */
        void awaitUninterruptibly();
    
        /** 使当前线程等待，响应中断，且可以指定超时事件。发生以下五种情况之一将会被唤醒： 1.其他一些线程为此条件调用signal方法，而当前线程恰好被选择为要唤醒的线程； 2.其他一些线程为此条件调用signalAll方法； 3.其他一些线程中断当前线程，并且支持中断线程挂起； 4.经过指定的等待时间； 5.发生“虚假唤醒”。 */
        long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
    
        /** 与awaitNanos类似，时间单位不同 */
        boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    
        /** 与awaitNanos类似，只不过超时时间是截止时间 */
        boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
    
        /** 唤醒一个等待线程 */
        void signal();
    
        /** 唤醒所有等待线程 */
        void signalAll();
    }

前文[《AQS(5)——ConditionObject》][AQS_5_ConditionObject]中已经对实现了Condition接口的ConditionObject类做了详细的分析，如有需要，大家可以移步至那篇文章进行学习

下篇文章我将会分析实现了Lock接口的ReentrentLock类。

欢迎大家关注我的公众号 “程序员进阶之路”，里面记录了一个非科班程序员的成长之路 。

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[AQS_5_ConditionObject]: https://mp.weixin.qq.com/s/6qvOp68eEVMEpw4L0mQXyg
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