考虑一个场景，轮流打印0-100以内的技术和偶数。通过使用 synchronize 的 wait，notify机制就可以实现，核心思路如下：
使用两个线程，一个打印奇数，一个打印偶数。这两个线程会共享一个数据，数据每次自增，当打印奇数的线程发现当前要打印的数字不是奇数时，执行等待，否则打印奇数，并将数字自增1，对于打印偶数的线程也是如此
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//打印奇数的线程private static class oldrunner implements runnable{ private mynumber n; public oldrunner(mynumber n) { this.n = n; } public void run() { while (true){ n.waittoold(); //等待数据变成奇数 system.out.println("old:" + n.getval()); n.increase(); if (n.getval()>98){ break; } } }}//打印偶数的线程private static class evenrunner implements runnable{ private mynumber n; public evenrunner(mynumber n) { this.n = n; } public void run() { while (true){ n.waittoeven(); //等待数据变成偶数 system.out.println("even:"+n.getval()); n.increase(); if (n.getval()>99){ break; } } }} |
共享的数据如下
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private static class mynumber{ private int val; public mynumber(int val) { this.val = val; } public int getval() { return val; } public synchronized void increase(){ val++; notify(); //数据变了，唤醒另外的线程 } public synchronized void waittoold(){ while ((val % 2)==0){ try { system.out.println("i am "+thread.currentthread().getname()+" ,but now is even:"+val+",so wait"); wait(); //只要是偶数，一直等待 } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } } } public synchronized void waittoeven(){ while ((val % 2)!=0){ try { system.out.println("i am "+thread.currentthread().getname()+" ,but now old:"+val+",so wait"); wait(); //只要是奇数，一直等待 } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } } }} |
运行代码如下
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mynumber n = new mynumber(0);thread old=new thread(new oldrunner(n),"old-thread");thread even = new thread(new evenrunner(n),"even-thread");old.start();even.start(); |
运行结果如下
i am old-thread ,but now is even:0,so wait
even:0
i am even-thread ,but now old:1,so wait
old:1
i am old-thread ,but now is even:2,so wait
even:2
i am even-thread ,but now old:3,so wait
old:3
i am old-thread ,but now is even:4,so wait
even:4
i am even-thread ,but now old:5,so wait
old:5
i am old-thread ,but now is even:6,so wait
even:6
i am even-thread ,but now old:7,so wait
old:7
i am old-thread ,but now is even:8,so wait
even:8
上述方法使用的是 synchronize的 wait notify机制，同样可以使用显示锁来实现，两个打印的线程还是同一个线程，只是使用的是显示锁来控制等待事件
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private static class mynumber{ private lock lock = new reentrantlock(); private condition condition = lock.newcondition(); private int val; public mynumber(int val) { this.val = val; } public int getval() { return val; } public void increase(){ lock.lock(); try { val++; condition.signalall(); //通知线程 }finally { lock.unlock(); } } public void waittoold(){ lock.lock(); try{ while ((val % 2)==0){ try { system.out.println("i am should print old ,but now is even:"+val+",so wait"); condition.await(); } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } } }finally { lock.unlock(); } } public void waittoeven(){ lock.lock(); //显示的锁定 try{ while ((val % 2)!=0){ try { system.out.println("i am should print even ,but now old:"+val+",so wait"); condition.await();//执行等待 } catch (interruptedexception e) { e.printstacktrace(); } } }finally { lock.unlock(); //显示的释放 } }} |
同样可以得到上述的效果
显示锁的功能
显示锁在java中通过接口lock提供如下功能
lock: 线程无法获取锁会进入休眠状态，直到获取成功
- lockinterruptibly: 如果获取成功，立即返回，否则一直休眠到线程被中断或者是获取成功
- trylock：不会造成线程休眠，方法执行会立即返回，获取到了锁，返回true,否则返回false
- trylock(long time, timeunit unit) throws interruptedexception : 在等待时间内没有发生过中断，并且没有获取锁，就一直等待，当获取到了，或者是线程中断了，或者是超时时间到了这三者发生一个就返回，并记录是否有获取到锁
- unlock：释放锁
- newcondition：每次调用创建一个锁的等待条件，也就是说一个锁可以拥有多个条件
condition的功能
接口condition把object的监视器方法wait和notify分离出来，使得一个对象可以有多个等待的条件来执行等待，配合lock的newcondition来实现。
- await:使当前线程休眠，不可调度。这四种情况下会恢复 1：其它线程调用了signal，当前线程恰好被选中了恢复执行;2: 其它线程调用了signalall;3:其它线程中断了当前线程 4：spurious wakeup (假醒)。无论什么情况，在await方法返回之前，当前线程必须重新获取锁
- awaituninterruptibly:使当前线程休眠，不可调度。这三种情况下会恢复 1：其它线程调用了signal，当前线程恰好被选中了恢复执行;2: 其它线程调用了signalall;3：spurious wakeup (假醒)。
- awaitnanos:使当前线程休眠，不可调度。这四种情况下会恢复 1：其它线程调用了signal，当前线程恰好被选中了恢复执行;2: 其它线程调用了signalall;3:其它线程中断了当前线程 4：spurious wakeup (假醒)。5:超时了
- await(long time, timeunit unit) ：与awaitnanos类似，只是换了个时间单位
- awaituntil(date deadline):与awaitnanos相似，只是指定日期之后返回，而不是指定的一段时间
- signal:唤醒一个等待的线程
- signalall:唤醒所有等待的线程
reentrantlock
从源码中可以看到，reentrantlock的所有实现全都依赖于内部类sync和conditionobject。
sync本身是个抽象类，负责手动lock和unlock,conditionobject则实现在父类abstractownablesynchronizer中，负责await与signal
sync的继承结构如下
sync的两个实现类，公平锁和非公平锁
公平的锁会把权限给等待时间最长的线程来执行,非公平则获取执行权限的线程与线程本身的等待时间无关
默认初始化reentrantlock使用的是非公平锁，当然可以通过指定参数来使用公平锁
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public reentrantlock() { sync = new nonfairsync();} |
当执行获取锁时，实际就是去执行 sync 的lock操作：
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public void lock() { sync.lock();} |
对应在不同的锁机制中有不同的实现
1、公平锁实现
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final void lock() { acquire(1);} |
2、非公平锁实现
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final void lock() { if (compareandsetstate(0, 1)) //先看当前锁是不是已经被占有了，如果没有，就直接将当前线程设置为占有的线程 setexclusiveownerthread(thread.currentthread()); else acquire(1); //锁已经被占有的情况下，尝试获取} |
二者都调用父类abstractqueuedsynchronizer的方法
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public final void acquire(int arg) { if (!tryacquire(arg) && acquirequeued(addwaiter(node.exclusive), arg)) //一旦抢失败，就会进入队列，进入队列后则是依据fifo的原则来执行唤醒 selfinterrupt();} |
当执行unlock时，对应方法在父类abstractqueuedsynchronizer中
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public final boolean release(int arg) { if (tryrelease(arg)) { node h = head; if (h != null && h.waitstatus != 0) unparksuccessor(h); return true; } return false;} |
公平锁和非公平锁则分别对获取锁的方式tryacquire 做了实现，而tryrelease的实现机制则都是一样的
公平锁实现tryacquire
源码如下
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protected final boolean tryacquire(int acquires) { final thread current = thread.currentthread(); int c = getstate(); //获取当前的同步状态 if (c == 0) { //等于0 表示没有被其它线程获取过锁 if (!hasqueuedpredecessors() && compareandsetstate(0, acquires)) { //hasqueuedpredecessors 判断在当前线程的前面是不是还有其它的线程，如果有，也就是锁sync上有一个等待的线程，那么它不能获取锁，这意味着，只有等待时间最长的线程能够获取锁，这就是是公平性的体现 //compareandsetstate 看当前在内存中存储的值是不是真的是0，如果是0就设置成accquires的取值。对于java，这种需要直接操作内存的操作是通过unsafe来完成，具体的实现机制则依赖于操作系统。 //存储获取当前锁的线程 setexclusiveownerthread(current); return true; } } else if (current == getexclusiveownerthread()) { //判断是不是当前线程获取的锁 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0)//一个线程能够获取同一个锁的次数是有限制的，就是int的最大值 throw new error("maximum lock count exceeded"); setstate(nextc); //在当前的基础上再增加一次锁被持有的次数 return true; } //锁被其它线程持有，获取失败 return false;} |
非公平锁实现tryacquire
获取的关键实现为nonfairtryacquire,源码如下
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final boolean nonfairtryacquire(int acquires) { final thread current = thread.currentthread(); int c = getstate(); if (c == 0) { //锁没有被持有 //可以看到这里会无视sync queue中是否有其它线程，只要执行到了当前线程，就会去获取锁 if (compareandsetstate(0, acquires)) { setexclusiveownerthread(current); //在判断一次是不是锁没有被占有，没有就去标记当前线程拥有这个锁了 return true; } } else if (current == getexclusiveownerthread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new error("maximum lock count exceeded"); setstate(nextc);//如果当前线程已经占有过，增加占有的次数 return true; } return false;} |
释放锁的机制
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protected final boolean tryrelease(int releases) { int c = getstate() - releases; if (thread.currentthread() != getexclusiveownerthread()) //只能是线程拥有这释放 throw new illegalmonitorstateexception(); boolean free = false; if (c == 0) { //当占有次数为0的时候，就认为所有的锁都释放完毕了 free = true; setexclusiveownerthread(null); } setstate(c); //更新锁的状态 return free;} |
从源码的实现可以看到
reentrantlock获取锁时，在锁已经被占有的情况下，如果占有锁的线程是当前线程，那么允许重入，即再次占有，如果由其它线程占有，则获取失败，由此可见，reetrantlock本身对锁的持有是可重入的,同时是线程独占的。
公平与非公平就体现在，当执行的线程去获取锁的时候，公平的会去看是否有等待时间比它更长的，而非公平的就优先直接去占有锁
reentrantlock的trylock()与trylock(long timeout, timeunit unit):
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public boolean trylock() {//本质上就是执行一次非公平的抢锁return sync.nonfairtryacquire(1); } |
有时限的trylock核心代码是 sync.tryacquirenanos(1, unit.tonanos(timeout));，由于有超时时间，它会直接放到等待队列中，他与后面要讲的aqs的lock原理中acquirequeued的区别在于park的时间是有限的，详见源码 abstractqueuedsynchronizer.doacquirenanos
为什么需要显示锁
内置锁功能上有一定的局限性，它无法响应中断，不能设置等待的时间
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