JDK源码分析-Lock&Condition
概述
涉及多线程问题，往往绕不开「锁」。在 JDK 1.5 之前，Java 通过 synchronized 关键字来实现锁的功能，该方式是语法层面的，由 JVM 实现。JDK 1.5 增加了锁在 API 层面的实现，也就是 java.util.concurrent.locks.Lock 接口及其相关的实现类，它不仅具备 synchronized 的功能，而且还增加了更加丰富的功能。 通常与其配合使用的还有 Condition 接口。
本文先简要分析下接口定义，后文再分析相关实现类的原理。
接口分析
Lock 接口的定义如下：
public interface Lock {
// 阻塞式获取锁，该方法与synchronized功能类似
void lock();
// 获取锁，可响应中断
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
// 尝试获取锁，若成功返回true；否则返回false
boolean tryLock();
// 尝试获取锁（在给定的时间内），若成功返回true；否则返回false
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// 释放锁
void unlock();
// 创建一个与该锁绑定的Condition
Condition newCondition();
}
Condition 接口定义如下：
public interface Condition {
// 使当前线程等待，直到被signal唤醒或被中断
void await() throws InterruptedException;
// 使当前线程等待，直到被signal唤醒（不响应中断）
void awaitUninterruptibly();
// 使当前线程等待，直到被signal唤醒、或被中断、或到达等待时间
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
// 使当前线程等待，直到被signal唤醒、或被中断、或到达等待时间（与上面方法类似）
boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// // 使当前线程等待，直到被signal唤醒、或被中断、或到达给定的截止时间
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
// 唤醒一个等待的线程
void signal();
// 唤醒所有等待的线程
void signalAll();
}
Condition 的方法虽然不少，但其实就两类：
1. await* 方法，让当前线程处于等待状态；
2. signal* 方法，唤醒处于等待的线程。
此外，还有一个 ReadWriteLock 接口：
public interface ReadWriteLock {
// 读锁
Lock readLock();
// 写锁
Lock writeLock();
}
定义了读锁和写锁，其中读锁是共享的，写锁是互斥的。
代码示例
以典型的“生产者-消费者”模型为例，下面分别使用 synchronized 和 Lock 方式来实现并比较其用法。
使用 synchronized 和 wait/notify 实现，示例代码：
public class ProdConsumerTest {
private static final Object monitor = new Object();
private Random random = new Random();
private static final int SIZE = 10;
private Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
private void produce() throws InterruptedException {
for (; ; ) {
synchronized (monitor) {
if (queue.size() >= SIZE) {
monitor.wait();
}
int nextInt = random.nextInt(1000);
queue.offer(nextInt);
sleep(400);
System.out.println("size=" + queue.size() + ", 生产-->" + nextInt);
monitor.notify();
}
}
}
private void consume() throws InterruptedException {
for (; ; ) {
synchronized (monitor) {
if (queue.size() <= 0) {
monitor.wait();
}
Integer poll = queue.poll();
sleep(300);
System.out.println("size=" + queue.size() + ", 消费成功-->" + poll);
monitor.notify();
}
}
}
private void sleep(int timeout) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(timeout);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
ProdConsumerTest test = new ProdConsumerTest();
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
test.produce();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
test.consume();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
使用 Lock/Condition 实现，示例代码：
public class ProdConsumerTest {
private static final int SIZE = 10;
private Random random = new Random();
private Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
// ReentrantLock 是 JDK 提供的 Lock 接口实现类，后文分析其原理
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition notFull = lock.newCondition();
private Condition notEmpty = lock.newCondition();
private void produce() throws InterruptedException {
for (; ; ) {
lock.lock();
try {
if (queue.size() >= SIZE) {
notFull.await();
}
int nextInt = random.nextInt(1000);
queue.offer(nextInt);
sleep(400);
System.out.println("size=" + queue.size() + ", 生产-->" + nextInt);
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
private void consume() throws InterruptedException {
for (; ; ) {
lock.lock();
try {
if (queue.size() <= 0) {
notEmpty.await();
}
Integer poll = queue.poll();
sleep(300);
System.out.println("size=" + queue.size() + ", 消费成功-->" + poll);
notFull.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
private void sleep(int timeout) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(timeout);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
ProdConsumerTest test = new ProdConsumerTest();
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
test.produce();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
test.consume();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
通过对比发现， Lock/Condition 可以实现和 synchronized 一样的功能，而 Condition 的 await/signal 则相当于 Object 的 wait/notify。
本文简要分析了 Lock 和 Condition 接口，后文再分析它们的实现原理。
Stay hungry, stay foolish.
正文到此结束
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