多線程編程之可重入鎖

在目前web的開(kāi)發(fā)大環(huán)境下，高并發(fā)，高可用的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越普遍，對(duì)我們的要求也越來(lái)越要求越高了，為了應(yīng)對(duì)這樣超高的要求（比如多線程環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享問(wèn)題），我們必須掌握很多常用的技術(shù)方案，比如鎖（Lock）（就是在某個(gè)方法或資源上加鎖，確保同一時(shí)間段內(nèi)只有我們可以訪問(wèn)該資源），這樣才能寫(xiě)出更可靠的應(yīng)用程序，今天我們就一起來(lái)看下一個(gè)很常用的鎖——可重入鎖（ReentrantLock）。

在開(kāi)始今天的內(nèi)容之前，我們先考慮這樣一個(gè)場(chǎng)景：我們有一個(gè)審核業(yè)務(wù)，同一級(jí)的審核人員有兩個(gè)，但是業(yè)務(wù)只能審核一次，不能重復(fù)審核。

如上圖，如果整個(gè)審核方法不加鎖的情況下，很可能發(fā)生同一筆數(shù)據(jù)審核兩次的情況。因?yàn)閷徍诉^(guò)程會(huì)涉及多個(gè)步驟，假如第一個(gè)人員在查詢未審核數(shù)據(jù)后，進(jìn)行業(yè)務(wù)審核（處在第三步），但是尚未提交審核結(jié)果，這時(shí)候第二個(gè)人進(jìn)來(lái)，也是查了未審核數(shù)據(jù)（第二步），由于第一個(gè)人員未提交審核結(jié)果，這時(shí)候數(shù)據(jù)依然是未審核，然后第二個(gè)人開(kāi)始審核，這時(shí)候第一個(gè)人提交了審核結(jié)果，然后緊接著第二個(gè)人提交審核結(jié)果。最后，審核結(jié)果就會(huì)變成兩條。

接下來(lái)，我們講的內(nèi)容，就是為了解決這樣的額應(yīng)用場(chǎng)景。

一個(gè)不加鎖的案例

在開(kāi)始可重入鎖的介紹之前，我們先看一個(gè)和上面類(lèi)似的例子，算是簡(jiǎn)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(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(diào)用==start");
????????i?++;
????????Thread.sleep(20L);
????????i?++;
????????System.out.println(i);
????????System.out.println("==第"?+?j?+?"次調(diào)用==end");
????}

}

上面這段代碼其實(shí)就是模擬多線程共享數(shù)據(jù)(就是這里的i)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的一個(gè)示例，運(yùn)行結(jié)果可以很直觀的說(shuō)明，不加鎖的情況下，在一個(gè)線程未執(zhí)行完方法之前，另一個(gè)方法也會(huì)進(jìn)入方法執(zhí)行。按照我們代碼的邏輯，應(yīng)該是先打印start，然后打印i的值，然后再打印end，但是實(shí)際情況卻并發(fā)如此，往往可能是這樣的：

上面的運(yùn)行結(jié)果很直觀的說(shuō)明，在第1995次未正常運(yùn)行結(jié)束時(shí)，第1996次已經(jīng)開(kāi)始了，同樣在第1996次未運(yùn)行完的時(shí)候，第1998次都開(kāi)始了。而且不論你運(yùn)行多少次，上面的結(jié)果都大同小異。

這時(shí)候，如果我們將代碼調(diào)整一下，加上鎖，看下會(huì)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(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(huì)阻塞在此等待鎖釋放
????????reentrantLock.lock();
????????try?{
????????????System.out.println("==第"?+?j?+?"次調(diào)用==start");
????????????i?++;
????????????Thread.sleep(20L);
????????????i?++;
????????????System.out.println(i);
????????????System.out.println("==第"?+?j?+?"次調(diào)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(yùn)行一下：

這時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論你運(yùn)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(shí)就是加鎖的作用，目的就是為了控制資源的訪問(wèn)秩序。

當(dāng)然，上面的代碼其實(shí)還是存在問(wèn)題的，因?yàn)樵谘h(huán)中使用線程池本身就是不合理的，當(dāng)單個(gè)線程執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，for中啟動(dòng)前程前的業(yè)務(wù)響應(yīng)比較快的時(shí)候（就是這里的Thread.sleep(10L);），所有的壓力都會(huì)到線程池上，會(huì)把線程池的資源耗盡，然后報(bào)如下錯(cuò)誤：

這時(shí)候解決方法有兩個(gè)，一個(gè)就是人為增加線程啟動(dòng)前的業(yè)務(wù)處理時(shí)間，這里就是增加睡眠時(shí)間，比如調(diào)整到Thread.sleep(20L);；另一個(gè)是提高線程中的業(yè)務(wù)處理效率，只要比前面的業(yè)務(wù)處理快就行，但是在實(shí)際業(yè)務(wù)中，這個(gè)是不可能的；最好的解決方法是重構(gòu)業(yè)務(wù)邏輯，想辦法把for循環(huán)放進(jìn)線程里面，我之前修復(fù)的異步線程問(wèn)題就用的是這個(gè)方法。好了，下面開(kāi)始理論方面的學(xué)習(xí)。

什么是可重入鎖

可重入鎖，顧名思義就是可以重復(fù)加鎖的一種鎖，它是指，線程可對(duì)同一把鎖進(jìn)行重復(fù)加鎖，而不會(huì)被阻塞住，這樣可避免死鎖的產(chǎn)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(jiǎn)單的。

可以看到ReentrantLock的使用方式比較簡(jiǎn)單，創(chuàng)建出一個(gè)ReentrantLock對(duì)象，通過(guò)lock()方法進(jìn)行加鎖，使用unlock()方法進(jìn)行釋放鎖操作。

使用lock來(lái)獲取鎖的話，如果鎖被其他線程持有，那么就會(huì)處于等待狀態(tài)。同時(shí)，需要我們?nèi)ブ鲃?dòng)的調(diào)用``unlock`方法去釋放鎖，即使發(fā)生異常，它也不會(huì)主動(dòng)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(huì)一直處于等待狀態(tài)。

使用trylock(long，TimeUnit)指定時(shí)間參數(shù)來(lái)獲取鎖，在等待時(shí)間內(nèi)獲取到鎖返回true，超時(shí)返回false。還可以調(diào)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(jié)

關(guān)于鎖這一塊，其實(shí)內(nèi)容比較多，涉及的知識(shí)也比較雜，不僅包括java的synchronized、原子類(lèi)、鎖等這些線程安全的知識(shí)，還包括數(shù)據(jù)的行級(jí)鎖、表級(jí)鎖等內(nèi)容，如果是分布式應(yīng)用，還需要考慮分布式鎖的實(shí)現(xiàn)，這里面還涉及了redis的知識(shí)，想要完全掌握還是難度很大的，但是隨著我們一點(diǎn)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，你慢慢會(huì)掌握很多常用的技術(shù)和解決方案，你會(huì)更清楚各種鎖和技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，你會(huì)涉及出更優(yōu)秀的高并發(fā)高可用的系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，讓我們一起學(xué)習(xí)，一起遇見(jiàn)更好的自己，加油吧！

項(xiàng)目路徑：

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

本項(xiàng)目會(huì)每日更新，讓我們一起學(xué)習(xí)，一起進(jìn)步，遇見(jiàn)更好的自己，加油呀