每日一例 | 多線程編程之可重入鎖

在目前web的開發(fā)大環(huán)境下，高并發(fā)，高可用的應用場景越來越普遍，對我們的要求也越來越要求越高了，為了應對這樣超高的要求（比如多線程環(huán)境下的數據共享問題），我們必須掌握很多常用的技術方案，比如鎖（Lock）（就是在某個方法或資源上加鎖，確保同一時間段內只有我們可以訪問該資源），這樣才能寫出更可靠的應用程序，今天我們就一起來看下一個很常用的鎖——可重入鎖（ReentrantLock）。

在開始今天的內容之前，我們先考慮這樣一個場景：我們有一個審核業(yè)務，同一級的審核人員有兩個，但是業(yè)務只能審核一次，不能重復審核。

如上圖，如果整個審核方法不加鎖的情況下，很可能發(fā)生同一筆數據審核兩次的情況。因為審核過程會涉及多個步驟，假如第一個人員在查詢未審核數據后，進行業(yè)務審核（處在第三步），但是尚未提交審核結果，這時候第二個人進來，也是查了未審核數據（第二步），由于第一個人員未提交審核結果，這時候數據依然是未審核，然后第二個人開始審核，這時候第一個人提交了審核結果，然后緊接著第二個人提交審核結果。最后，審核結果就會變成兩條。

接下來，我們講的內容，就是為了解決這樣的額應用場景。

一個不加鎖的案例

在開始可重入鎖的介紹之前，我們先看一個和上面類似的例子，算是簡化版：

public class Example {
    private static int i;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 1, TimeUnit.MICROSECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100));
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            Thread.sleep(10L);
            final int finalJ = j;
            executor.submit(() -> test(finalJ));
        }
        executor.shutdown();
    }

    public static void test(int j) {
        System.out.println("==第" + j + "次調用==start");
        i ++;
        Thread.sleep(20L);
        i ++;
        System.out.println(i);
        System.out.println("==第" + j + "次調用==end");
    }

}

上面這段代碼其實就是模擬多線程共享數據(就是這里的i)，并對數據進行操作的一個示例，運行結果可以很直觀的說明，不加鎖的情況下，在一個線程未執(zhí)行完方法之前，另一個方法也會進入方法執(zhí)行。按照我們代碼的邏輯，應該是先打印start，然后打印i的值，然后再打印end，但是實際情況卻并發(fā)如此，往往可能是這樣的：

上面的運行結果很直觀的說明，在第1995次未正常運行結束時，第1996次已經開始了，同樣在第1996次未運行完的時候，第1998次都開始了。而且不論你運行多少次，上面的結果都大同小異。

這時候，如果我們將代碼調整一下，加上鎖，看下會發(fā)生什么：

public class Example {
    // 可重入鎖
    private static final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
    private static int i;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 1, TimeUnit.MICROSECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100));
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            Thread.sleep(10L);
            final int finalJ = j;
            executor.submit(() -> testLock(finalJ));
        }
        executor.shutdown();
    }

    public static void testLock(int j) {
        final ReentrantLock reentrantLock = mainLock;
        // 如果被其它線程占用鎖，會阻塞在此等待鎖釋放
        reentrantLock.lock();
        try {
            System.out.println("==第" + j + "次調用==start");
            i ++;
            Thread.sleep(20L);
            i ++;
            System.out.println(i);
            System.out.println("==第" + j + "次調用==end");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 執(zhí)行完之后必須釋放鎖
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

}

然后我們運行一下：

這時候，你會發(fā)現，無論你運行多少次，都是像上面這樣規(guī)整，也和我們的代碼邏輯是一致的，這其實就是加鎖的作用，目的就是為了控制資源的訪問秩序。

當然，上面的代碼其實還是存在問題的，因為在循環(huán)中使用線程池本身就是不合理的，當單個線程執(zhí)行時間較長，for中啟動前程前的業(yè)務響應比較快的時候（就是這里的Thread.sleep(10L);），所有的壓力都會到線程池上，會把線程池的資源耗盡，然后報如下錯誤：

這時候解決方法有兩個，一個就是人為增加線程啟動前的業(yè)務處理時間，這里就是增加睡眠時間，比如調整到Thread.sleep(20L);；另一個是提高線程中的業(yè)務處理效率，只要比前面的業(yè)務處理快就行，但是在實際業(yè)務中，這個是不可能的；最好的解決方法是重構業(yè)務邏輯，想辦法把for循環(huán)放進線程里面，我之前修復的異步線程問題就用的是這個方法。好了，下面開始理論方面的學習。

什么是可重入鎖

可重入鎖，顧名思義就是可以重復加鎖的一種鎖，它是指，線程可對同一把鎖進行重復加鎖，而不會被阻塞住，這樣可避免死鎖的產生。

加鎖的方式

它的加鎖方式有三種，分別是lock、trylock和trylock(long，TimeUnit)。上面我們加鎖的方法只是其中一種，也是最簡單的。

可以看到ReentrantLock的使用方式比較簡單，創(chuàng)建出一個ReentrantLock對象，通過lock()方法進行加鎖，使用unlock()方法進行釋放鎖操作。

使用lock來獲取鎖的話，如果鎖被其他線程持有，那么就會處于等待狀態(tài)。同時，需要我們去主動的調用``unlock`方法去釋放鎖，即使發(fā)生異常，它也不會主動釋放鎖，需要我們顯式的釋放。

使用trylock方法獲取鎖，是有返回值的，獲取成功返回true，獲取失敗返回false，不會一直處于等待狀態(tài)。

使用trylock(long，TimeUnit)指定時間參數來獲取鎖，在等待時間內獲取到鎖返回true，超時返回false。還可以調用lockInterruptibly方法去中斷鎖，如果線程正在等待獲取鎖，可以中斷線程的等待狀態(tài)。

總結

關于鎖這一塊，其實內容比較多，涉及的知識也比較雜，不僅包括java的synchronized、原子類、鎖等這些線程安全的知識，還包括數據的行級鎖、表級鎖等內容，如果是分布式應用，還需要考慮分布式鎖的實現，這里面還涉及了redis的知識，想要完全掌握還是難度很大的，但是隨著我們一點點的學習和應用，你慢慢會掌握很多常用的技術和解決方案，你會更清楚各種鎖和技術的應用場景，你會涉及出更優(yōu)秀的高并發(fā)高可用的系統(tǒng)，為了實現這個目標，讓我們一起學習，一起遇見更好的自己，加油吧！

項目路徑：

https://github.com/Syske/example-everyday

本項目會每日更新，讓我們一起學習，一起進步，遇見更好的自己，加油呀