【连载 08】lock锁

【连载 08】lock锁

2. lock锁

如果你曾经遭遇过线程不安全的问题，一定不会对“锁”这个概念不陌生。实际上绝大多数线程安全的先解决方案都离不开“锁”。

JDK里面就有一个接口java.locks.Lock，顾名思义，就是并发包中“锁”，大量的线程安全问题解决方案均是依赖这个接口的实现类。就跟synchronized关键字一样，在性能测试实战中只要掌握基本的功能和最佳实战即可，这里再重复一下上一节的建议：如需使用 Lock实现的功能过于复杂，建议抛开Lock，寻更加简单、可靠，已验证的解决方案。

在性能测试中最常用的java.locks.Lock实现类就是可重入锁：java.locks.ReentrantLock。相比synchronized，ReentrantLock拥有以下主要优点：

可重入性。ReentrantLock允许已经获取锁的线程再次获取锁，相比d更加安全，避免发生死锁的情况。

更加灵活。d提供多个API完成锁的获取和释放，让使用者拥有更多选择。

可中断性。ReentrantLock功能中，获取锁的线程可以被主动中断，相比synchronized无限等待，更加适合处理锁的超时场景。

更高的性能。除了提供多种获取锁的API以外，ReentrantLock还提供两种锁类型：公平锁和非公平锁，帮助程序提升在加锁场景的性能。

ReentrantLock提供了中获取锁的API，分别是：阻塞锁、可中断锁和超时锁。下面分别用代码演示如何使用。

2..1 阻塞锁

获取阻塞锁的方法是：java.locks.ReentrantLock#lock，没有参数。该方法会尝试获取锁。当无法获取锁时，当前线程会处于休眠状态，直到获取锁成功。

演示代码如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package org.funtester.performance.section;

import java.locks.ReentrantLock;

/**

 * 阻塞锁示例

 */

public class BlockingLockDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 创建一个可重入锁

        Thread lockTestThread = new Thread(() -> {// 创建一个线程

            println(() + "  异步线程启动!  " + ().getame());// 打印日志

            lock.lock();// 获取锁

            println(() + "  获取到锁了!  " + ().getame());// 打印日志

            lock.unlock();// 释放锁

        });

        lock.lock();// 获取锁

        lockTestThread.start();// 启动异步线程

        Thread.sleep(100);// 睡眠100毫秒

        println(() + "  即将释放锁!  " + ().getame());// 打印日志

        lock.unlock();// 释放锁

    }

}

这个例子中，首先创建了一个异步线程，执行代码逻辑为：获取锁，打印日志，释放锁。然后在main线程中，先获取锁，再启动异步线程。然后main线程休眠100毫秒，再释放锁。控制台输出内容如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

16984775568  异步线程启动!  Thread-0

169847755471  即将释放锁!  main

169847755471  获取到锁了!  Thread-0

可以看到，异步线程在启动之后，等待了100毫秒才获取到锁，并打印日志，且这个操作也是在main线程释放锁之后进行的。原因是因为main线程先于异步线程获取到锁了，所以在main线程释放锁之前，异步线程只能无所事事，干等着。

阻塞锁和synchronized解决线程安全思路和使用方法上比较相似，而且在性能测试工作中使用场景大多重合。阻塞锁在一定程度上可以替代synchronized，特别是在编写流程式的代码中。

2..2 可中断锁

可中断锁的获取方法是：java.locks.ReentrantLock#lockInterruptibly，没有参数。该方式会尝试获取锁，并且是阻塞的，但当未获取到锁时，如果当前线程被设置了中断状态，则会抛出 java.lang.InterruptedException 异常。

下面是演示代码：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package org.funtester.performance.section;

import java.locks.ReentrantLock;

/**

 * 可中断锁示例

 */

public class InterruptiblyLockDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 创建一个可重入锁

        Thread lockTestThread = new Thread(() -> {// 创建一个线程

            try {

                lock.lockInterruptibly();// 获取锁

                println(() + "  获取到锁了!  " + ().getame());// 打印日志

                lock.unlock();// 释放锁

            } catch (InterruptedException e) {

                println(() + "  线程被中断了!  " + ().getame());// 打印日志

            }

        });

        lock.lock();// 获取锁

        lockTestThread.start();// 启动异步线程

        lockTestThread.interrupt();// 中断异步线程

        lock.unlock();// 释放锁

    }

}

在这个例子中，首先创建了一个异步线程，执行代码逻辑为获取锁（可中断），打印日志，释放锁。然后让main线程先获取锁，然后启动异步线程，再中断异步线程。下面来就控制台输出：

1698478061924 线程被中断了! Thread-0

这里看到只有一行输出，即异步线程再获取锁时被中断了，抛出的异常被捕获。

可中断锁继承了阻塞锁的有点，提供了将线程从等待中解脱的方案，在使用上更加广泛。可中断锁可以进行线程间超时控制、防止无限等待，可以非常优雅地关闭被阻塞的线程，释放资源。可中断锁适合多线程协作的场景，要求使用者对多线程了解也更高。

2.. 超时锁

超时锁的获取方法有两个：java.locks.ReentrantLock#tryLock() 和 java.locks.ReentrantLock#tryLock(long, java.TimeUnit)，返回Boolean值，表示获取锁是否成功。第二个API参数设置超时时间。这两个API前者可以简单理解为后者时间设置为0，含义是尝试获取一次，返回结果。

演示代码如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package org.funtester.performance.section;

import java.TimeUnit;

import java.locks.ReentrantLock;

/**

 * 超时锁示例

 */

public class TimeoutLockDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 创建一个可重入锁

        Thread lockTestThread = new Thread(() -> {// 创建一个线程

            boolean b = ();// 第一次尝试获取锁

            println(() + "  第一次获取锁的结果：" + b + "  " + ().getame());// 打印日志

            try {

                boolean b1 = (, TimeUnit.SECODS);

                println(() + "  第二次获取锁的结果：" + b1 + "  " + ().getame());

            } catch (InterruptedException e) {

                println(() + "  第二次获取锁中断了  " + ().getame());

            }

        });

        lock.lock();// 获取锁

        lockTestThread.start();// 启动异步线程

        Thread.sleep(100);// 睡眠100毫秒

        lock.unlock();// 释放锁

    }

}

在这个例子中，依旧先创建一个异步线程，执行的逻辑为：首先尝试获取一次并且打印结果，然后第二次尝试获取，设置超时时间秒，并打印结果。main线程依旧先获取锁，然后启动异步线程，休眠100 ms然后释放锁。例子中，为了简化代码，笔者并没有编写依据获取锁的结果释放锁的代码。控制台输出内容如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

169847940990  第一次获取锁的结果：false  Thread-0

169847941090  第二次获取锁的结果：true  Thread-0

可以看到第一次获取锁失败了，原因是该锁正在被main线程持有。第二获取锁成功了，因为main线程持有锁100毫秒之后便释放锁。在异步线程第二次获取锁的秒超时时间内，它成功了，所以获取到了锁。

在三种锁的方法中，超时锁在性能测试中使用最广泛。它提供了一种简单、可靠的控制锁等待时间的方式。相比可中断锁，超时锁对新手更加容易上手，无须掌握线程间统信、调度的知识。

2..4 公平锁和非公平锁

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

java.locks.ReentrantLock 有一个构造方法，如下：

/** 

 * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the 

 * given fairness policy. * * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy 

 */public ReentrantLock(boolean fair) { 

    sync = fair ? new FairSync() : new onfairSync(); 

}

方法参数中Boolean值，含义即是否使用公平锁。无参的构造方法默认使用的非公平锁。公平锁和非公平锁的主要区别是获取锁的方式不同。公平锁的获取是公平的，线程依次排队获取锁。谁等待的时间最长，就由谁获得锁。非公平锁获取是随机的，谁先请求谁先获得锁，不一定按照请求锁的顺序来。ReentrantLock默认的是非公平锁，相比公平锁拥有更高性能。

2..5 最佳实战

在性能测试实战中， java.locks.ReentrantLock而言 ，常用最佳实战非常容易掌握。那就是使用 try-catch-finally 语法实现，演示案例如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

boolean status = false; 

try { 

    status = (, TimeUnit.SECODS); 

} catch (Exception e) { 

    // 异常处理 

} finally { 

    if (status) lock.unlock(); 

}

在使用ReentrantLock解决线程安全问题时，有几点注意事项：

• 必须主动进行锁管理。与synchronized不同，ReentrantLock要求必需显示获取和释放锁，特别在释放锁时，最简单的方法就是按照最佳实战，将其放在finally中执行。
• 竭力避免死锁。不要混合使用不同锁；不要在一个功能中使用过多的锁和synchronized关键字；避免多次获取锁；使用使用 lockInterruptibly() 获取锁，如果在等待锁的过程中线程被中断，需要有处理代码进行后续处理。
• 尽量使用ReentrantLock默认的非公平锁。

虽然java.locks.ReentrantLock叫可重入锁，但是在性能测试实践当中，不建议使用可重入功能。主要原因以下两点：

• （1）增加锁竞争，影响性能。使用不当会导致同一个线程频繁获取和释放锁，增加竞争，降低程序性能。
• （2）死锁风险。如果同步代码中多次使用锁，就需要严格释放锁流程，一旦发生异常而没有捕获处理，则会造成死锁风险。

在笔者的性能测试生涯中，没有必须使用可重入特性的场景，所以在性能测试实践中，应当尽量避免使用该特性，防止异常情况发生。

书的名字：从 Java 开始做性能测试 。

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