java并发包中的ReentrantLock如何理解

发布时间：2022-01-17 15:44:10 作者：kk
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Java并发包中的ReentrantLock如何理解

在Java并发编程中，ReentrantLock是一个非常重要的工具，它提供了比synchronized关键字更灵活的锁机制。本文将深入探讨ReentrantLock的工作原理、使用场景以及如何正确使用它来管理多线程环境下的资源访问。

1. ReentrantLock简介

ReentrantLock是java.util.concurrent.locks包中的一个类，它实现了Lock接口。与synchronized关键字相比，ReentrantLock提供了更高级的功能，如可中断的锁获取、超时获取锁、公平锁等。

1.1 可重入性

ReentrantLock是可重入的锁，这意味着同一个线程可以多次获取同一个锁，而不会导致死锁。每次获取锁后，锁的持有计数会增加，释放锁时计数会减少。只有当计数降为0时，锁才会被完全释放。

1.2 公平性

ReentrantLock支持公平锁和非公平锁。公平锁会按照线程请求锁的顺序来分配锁，而非公平锁则允许插队，可能会导致某些线程长时间等待。

2. ReentrantLock的基本使用

2.1 创建ReentrantLock实例

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

默认情况下，ReentrantLock是非公平锁。如果需要公平锁，可以在构造函数中传入true：

ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

2.2 获取锁

lock.lock();
try {
    // 临界区代码
} finally {
    lock.unlock();
}

在获取锁后，必须确保在finally块中释放锁，以避免锁泄漏。

2.3 尝试获取锁

ReentrantLock提供了tryLock()方法，可以尝试获取锁而不阻塞线程：

if (lock.tryLock()) {
    try {
        // 临界区代码
    } finally {
        lock.unlock();
    }
} else {
    // 未能获取锁的处理逻辑
}

还可以指定超时时间：

if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
    try {
        // 临界区代码
    } finally {
        lock.unlock();
    }
} else {
    // 超时未能获取锁的处理逻辑
}

2.4 可中断的锁获取

ReentrantLock提供了lockInterruptibly()方法，允许线程在等待锁的过程中响应中断：

try {
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        // 临界区代码
    } finally {
        lock.unlock();
    }
} catch (InterruptedException e) {
    // 处理中断
}

3. ReentrantLock的高级特性

3.1 条件变量

ReentrantLock可以与Condition对象一起使用，实现更复杂的线程同步。Condition提供了类似于Object.wait()和Object.notify()的功能，但更加灵活。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    while (!conditionMet) {
        condition.await();
    }
    // 执行操作
} finally {
    lock.unlock();
}

在另一个线程中，可以通过signal()或signalAll()来唤醒等待的线程：

lock.lock();
try {
    conditionMet = true;
    condition.signal();
} finally {
    lock.unlock();
}

3.2 锁的监控

ReentrantLock提供了isLocked()、isHeldByCurrentThread()等方法，可以用于监控锁的状态。

if (lock.isLocked()) {
    // 锁已被其他线程持有
}

if (lock.isHeldByCurrentThread()) {
    // 当前线程持有锁
}

4. ReentrantLock与synchronized的比较

4.1 性能

在低竞争的情况下，synchronized的性能通常优于ReentrantLock，因为synchronized是JVM内置的，优化得更好。但在高竞争的情况下，ReentrantLock的性能可能更好，因为它提供了更多的控制选项。

4.2 功能

ReentrantLock提供了比synchronized更多的功能，如可中断的锁获取、超时获取锁、公平锁等。这些功能使得ReentrantLock在某些复杂的并发场景下更为适用。

4.3 可读性

synchronized的语法更简洁，代码更易读。而ReentrantLock需要显式地获取和释放锁，代码相对复杂。

5. 使用ReentrantLock的注意事项

5.1 避免死锁

在使用ReentrantLock时，必须确保锁的获取和释放成对出现，避免死锁。特别是在嵌套锁的情况下，要小心处理。

5.2 锁的粒度

锁的粒度应该尽可能小，以减少锁的竞争。过大的锁粒度会导致性能下降。

5.3 锁的公平性

公平锁虽然可以避免线程饥饿，但可能会导致性能下降。在大多数情况下，非公平锁是更好的选择。

6. 总结

ReentrantLock是Java并发包中一个强大的工具，它提供了比synchronized更灵活的锁机制。通过合理使用ReentrantLock，可以更好地管理多线程环境下的资源访问，提高程序的并发性能。然而，使用ReentrantLock也需要注意避免死锁、控制锁的粒度等问题。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的锁机制。

通过本文的介绍，希望读者能够对ReentrantLock有更深入的理解，并能够在实际项目中灵活运用。