java並行程式設計中ReentrantLock可重入讀寫鎖

2022-05-15 13:00:09

一、ReentrantLock可重入鎖

可重入鎖ReentrantLock 是一個互斥鎖，即同一時間只有一個執行緒能夠獲取鎖定資源，執行鎖定範圍內的程式碼。這一點與synchronized 關鍵字十分相似。其基本用法程式碼如下：

Lock lock = new ReentrantLock();  //範例化鎖
//lock.lock(); //上鎖
boolean locked = lock.tryLock();  //嘗試上鎖
if(locked){
  try {
    //被鎖定的同步程式碼塊，同時只能被一個執行緒執行
  }finally {
    lock.unlock(); //放在finally程式碼塊中，保證鎖一定會被釋放
  }
}

通過lock函數獲取鎖，通過unlock函數釋放鎖。非常重要的是，需要把需要同步執行的程式碼放入 try/finally 程式碼塊中，並在finally中將鎖釋放。ReentrantLock是可重入鎖，即：（lock/unlok）動作裡面可以巢狀（lock/unlock），針對同一個鎖可以多次巢狀使用，不會產生死鎖。但是lock函數與unlock函數在程式碼中必須成對出現，否則會出現死鎖。

二、ReentrantReadWriteLock讀寫鎖

ReentrantReadWriteLock類為讀寫鎖實現類，針對某一個物件或可變變數，只要沒有執行緒在修改它，這個物件或可變變數就可以同時被多個執行緒讀取。ReentrantReadWriteLock將鎖分為讀鎖和寫鎖，只要沒有執行緒持有寫鎖的情況下，讀鎖可以由多個執行緒同時持有。

讀鎖-如果沒有執行緒獲取或請求寫鎖，那麼多個執行緒可以獲取讀鎖
寫鎖-如果沒有執行緒在讀或寫，那麼只有一個執行緒可以獲得寫鎖

簡單的說就是ReentrantReadWriteLock可以保證最多同時有一個執行緒在寫資料，或者可以同時有多個執行緒讀資料。因此使用ReentrantReadWriteLock，在讀操作比寫操作更頻繁的情況下，可以提高程式的效能和吞吐量。

下面我們用一個簡單的例子，來解讀一下如何應用讀寫鎖。

public class TestReadWriteLock {
  //可以同時執行3個執行緒任務的執行緒池
  ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
  //讀寫目標，寫執行緒放入資料到map，讀執行緒從map讀取資料
  Map<String, String> map = new HashMap<>();
  //讀寫鎖操作物件
  ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

  //寫操作函數
  public void write(){
    executor.submit(() -> { //執行緒池提交寫操作任務
      lock.writeLock().lock(); //加寫鎖
      try {
        map.put("key", "val");  //寫資料操作
        Thread.sleep(2000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      } finally {
        lock.writeLock().unlock(); //釋放寫鎖
      }
    });
  }

  //讀操作函數
  public void read(){
    lock.readLock().lock(); //加讀鎖
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "加讀鎖");
    try {
      System.out.println(map.get("key")); //讀資料操作
    } finally {
      lock.readLock().unlock(); //釋放讀鎖
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放讀鎖");
    }
  }

}

三、讀鎖之間不互斥

我們寫一個測試方法，通過列印輸出來理解讀寫鎖控制程式碼的執行順序。

  //測試
  public static void main(String[] args) {
    TestReadWriteLock test = new TestReadWriteLock();
    test.write();  //提交一次寫操作任務，寫一條資料
    Runnable readTask = test::read;  //執行緒方法read，實現執行緒Runnable介面的簡便寫法
    test.executor.submit(readTask);  //讀1次（新讀執行緒）
    test.executor.submit(readTask);  //讀2次 (新讀執行緒）
    test.executor.shutdown();
  }

執行上面的程式碼，可能會出現下面的輸出

pool-1-thread-2加讀鎖
pool-1-thread-3加讀鎖
val
val
pool-1-thread-3釋放讀鎖
pool-1-thread-2釋放讀鎖

在pool-1-thread-2沒有釋放讀鎖情況下，pool-1-thread-3可以再次加讀鎖，並且都正確的讀取到資料val。說明讀鎖之間是不互斥的。但是，在進行讀操作(讀鎖生效)的時候，寫操作是無法進行的(無法獲取寫鎖)，所以ReentrantReadWriteLock不支援同時加讀鎖和寫鎖。 這個結論我可以負責任告訴大家，這裡我就不做驗證了！

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java並行程式設計中ReentrantLock可重入讀寫鎖

目錄

一、ReentrantLock可重入鎖

二、ReentrantReadWriteLock讀寫鎖

三、讀鎖之間不互斥

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