使用Java5中Lock对象也能实现同步的效果,而且在使用上也更加方便。
使用ReentrantLock类的使用
在Java多线程中,可以使用synchronized关键字实现线程之间同步互斥,但在JDK1.5中增加了ReentranLock类也能达到同样的效果,并且在扩展功能上也更加强大,比如具有嗅探锁定,多路分支通知等功能,而且在使用上也比synchronized更加的灵活。
使用ReentranLock实现同步:测试1
既然ReentranLock类在功能上相比synchronized更多,那么就以一个初步的程序示例来介绍一下ReentranLock类的使用。
代码清单1 测试1
运行结果如图1所示,从运行结果来看,当前线程打印完毕之后将锁将进行释放,其他线程才可以继续打印。线程打印的数据是分组打印,因为当前线程已经持有锁,但线程之间的打印顺序是随机的。
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图1 同步运行
使用ReentranLock实现同步:测试2
Lock下lock()持有对象监听作用。
代码清单2 测试2
运行结果如图2所示,,调用lock.lock()代码的线程就持有了“对象监视器”,其他线程只有等待锁被释放时再次抢夺。效果和使用synchronized关键字一样,线程之间还是顺序执行的。
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图2 全部同步运行
使用Condition实现等待/通知:错误用法与解决
关键字synchronized与wait()和notify()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知模式,类ReentrantLock也可以实现同样的功能,但需要借助于Condition对象。Condition类是在JDK5中出现的技术,使用它有更好的灵活性,比如可以实现多路通知功能,也就是在一个Lock对象里面可以创建多个Condition(即对象监视器)实例,线程对象可以注册在指定的Condition中,从而可以有选择性地进行线程通知,在调度线程上更加灵活。
在使用notify()/notifyAll()方法进行通知时,被通知的线程却是由JVM随机选择的。但使用Reentrant Lock结合Condition类是可以实现前面介绍过的“选择性通知”,这个功能是非常重要的,而且在Condition类中是默认提供的。
而synchronized就相当于整个Lock对象中只有一个单一的Condition对象,所有的线程都注册在它一个对象的身上。线程开始notifyAll()时,需要通知所有的WAITING线程,没有选择权,会出现相当大的效率问题。
代码清单3 condition错误用法
运行结果如图3所示,出现异常没有监视对象。
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图3 出现异常(无监视对象)
报错的异常信息是监视器出错,解决的办法是必须在condition.await()方法调用之前调用lock.lock()代码获得同步监视器。
代码清单4 获得同步监听
运行结果如图4所示,控制台中只打印一个字母A,原因是调用了Condition对象的await()方法,使当前执行任务的线程进入等待WAITING状态。
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图4 只打印字母A
正确使用Condition实现等待/通知
代码清单5 实现等待通知
程序运行结果如图5所示,成功实现等待/通知模式。
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图5 正常运行
Object类中的wait()方法相当于Condition类中的await()方法。
Object类中的wait(long timeout)方法相当于Condition类中await(long time,TimeUnit unit)方法。
Object类中的notify()方法相当于Condition类中的signal()方法。
Object类中的notifyAll()方法相当于Condition类中的signalAll()方法。
使用多个Condition实现通知部分线程:错误用法
其实Condition对象也可以创建多个。那么一个Condition对象和多个Condition对象在使用上有什么区别呢?
代码清单6 错误用法
运行结果如图6所示,A和B线程都被唤醒了。
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图6 线性A和B都被唤醒
如果想单独唤醒部分线程该怎么处理呢?这时就有必要使用多个Condition对象了,也就是Condition对象可以唤醒部分指定线程,有助于提升程序运行效率。可以先对线程进行分组,然后再唤醒指定组中的线程。
使用多个Condition实现通知部分线程:正确用法
代码清单7 正确用法
运行结果如图7所示,只有线程A被唤醒了。使用ReentrantLock对象可以唤醒指定种类的线程,这是控制部分线程行为的方便方式。
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图7 线程B没被唤醒
实现生产者/消费者模式:一对一交替打印
代码清单8 一对一交替打印
运行结果如图8所示,通过使用Condition对象,成功实现交替打印的结果。
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图8 交替打印
实现生产者/消费者模式:多对多交替打印
代码清单9 多对多交替打印
运行结果如图9所示,程序运行后出现假死。可以使用signalAll()方法来解决。将MyService.Java类中两处signal()代码改成signalAll()后,运行结果如图10所示,程序正常运行,不再出现假死状态。
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图9 出现假死
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图10 假死的状态解决了
“打印★”和“打印☆”是交替输出的,但是“有可能★★连续”和“有可能☆☆连续”却不是交替输出的,有时候出现连续打印的情况。原因是程序中使用一个Condition对象,再结合signalAll()方法来唤醒所有的线程,那么唤醒的线程就有可能是同类,所以就出现连续打印“有可能★★连续”和“有可能☆☆连续”的情况了。
公平锁与非公平锁
公平与非公平锁:锁lock分为“公平锁”和“非公平锁”,公平锁表示线程获取锁的顺序是按照线程加锁的顺序来分配的,及先来先得的FIFO先进先出的顺序。而非公平锁就是一种获取锁的抢占机制,是随机获得锁的,和公平锁不一样的就是先来的不一定先得到锁,这个方式可能造成某些线程一直拿不到锁,结果也就是不公平的了。
代码清单10 公平锁与非公平锁
公平锁运行结果如图11所示,打印的结果基本是呈有序的状态,这就是公平锁的特点。
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图11 公平锁
非公平锁运行结果如图12所示,结果基本都是乱序的,说明先start()启动的线程不代表先获得锁。
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图12 非公平锁
方法getHoldCount()、getQueueLenght()和getWaitQueueLength()的测试
1)方法int getHoldCount()的作用是查询当前线程保持此锁定的个数,也就是调用lock()方法的次数。
代码清单11 getHoldCount()方法
运行结果如图13所示,分别查询当前线程保持此锁定的个数。
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图13 运行结果
2)方法int getQueueLength()的作用是返回正等待获取此锁定的线程估计数,比如有5个线程,一个线程首先执行await()方法,那么在调用getQueueLength()方法后返回值是4,说明有4个线程同时在等待lock的释放。
代码清单12 getQueueLength()方法
允许结果如图14所示。
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图14 运行结果
3)方法int getWaitQueueLength(Condition condition)的作用是返回等待此锁定相关的给定条件Condition的线程估计数,比如5个线程,每个线程都执行了同一个condition对象的await()方法,则调用getWaitQueueLength(Condition condition)方法时返回的int值是5。
代码清单13 getWaitQueueLength(Condition condition)
运行结果如图15所示。
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图15 运行结果
方法hasQueuedThread()、hasQueueThreads()和hasWaiters()的测试
1)方法boolean hasQueueThread(Thread thread)的作用是查询指定的线程是否正在等待获取此锁定。
代码清单14 hasQueuedThread()方法
运行结果如图16所示。
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图16 运行结果
2)方法boolean hasWaiters(Condition condition)的作用是查询是否有线程正在等待与此锁定有关的condition条件。
代码清单15 hasWaiters(Condition condition)方法
运行结果如图17所示。

图17 运行结果
方法isFair()、isHeldByCurrentThread()和isLocked()的测试
1)方法boolean isFair()的作用是判断是不是公平锁。
代码清单16 isFair()方法
运行结果如图18所示,在默认情况下,ReentrantLock类使用的是非公平锁。
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图18 运行结果
2)方法boolean isHeldByCurrentThread()的作用是查询当前线程是否保持此锁定。
代码清单17 isHeldByCurrentThread()方法
运行结果如图19所示。

图19 运行结果
3)方法boolean isLocked()的作用是查询此锁定是否任意线程保持。
代码清单18 isLocked()方法
运行结果如图20所示。

图20 运行结果