java在多线程加锁和释放锁策略

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Java 在多线程加锁和释放锁策略

在多线程编程中，如何有效地管理共享资源是一个重要问题。若多个线程同时访问共享资源，可能会导致资源的不一致或数据损坏。因此，我们需要使用加锁和释放锁的策略来确保线程安全。本文将为你详细讲解如何在 Java 中实现这一策略。

流程概述

下面是我们将要学习的加锁和释放锁的基本流程：

步骤	描述
1	创建需要保护的共享资源
2	创建一个锁对象
3	在每个线程中请求锁
4	执行临界区代码
5	释放锁

接下来我们将用流程图表示这个流程：

flowchart TD
    A[创建共享资源] --> B[创建锁对象]
    B --> C[请求锁]
    C --> D[执行临界区代码]
    D --> E[释放锁]

每一步的详细实现

步骤 1: 创建需要保护的共享资源

我们首先需要定义一个共享资源。例如，一个简单的计数器。

public class SharedResource {
    private int counter = 0;

    public int getCounter() {
        return counter;
    }

    public void increment() {
        counter++;
    }
}

步骤 2: 创建一个锁对象

我们可以使用 ReentrantLock 来实现锁机制。首先，导入相关的类，然后创建锁对象。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SharedResource {
    // 锁对象
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private int counter = 0;

    public int getCounter() {
        return counter;
    }

    public void increment() {
        // 执行临界区代码，需加锁
        lock.lock(); // 请求锁
        try {
            counter++; // 修改共享资源
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock(); // 释放锁
        }
    }
}

在上述代码中，我们使用 lock.lock() 来请求锁，使用 lock.unlock() 来释放锁。try-catch-finally 结构确保了即使发生异常，锁也会被释放。

步骤 3: 在每个线程中请求锁

现在我们可以创建多个线程，每个线程都要对共享资源进行操作。下面的代码演示了如何创建多个线程并对 increment 方法进行调用。

public class CounterThread extends Thread {
    private SharedResource sharedResource;

    public CounterThread(SharedResource sharedResource) {
        this.sharedResource = sharedResource;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            sharedResource.increment(); // 请求锁并执行增加操作
        }
    }
}

步骤 4: 执行临界区代码

代码中的 increment 方法是临界区，需要加锁以确保只有一个线程能够访问它。在try块中，任何尝试修改共享资源的操作都是被安全执行的。

步骤 5: 释放锁

释放锁的操作在 finally 块中完成，这确保了无论如何都能够释放锁，避免死锁的情况。

整体代码示例

最后，我们将所有代码整合在一起，形成一个完整的示例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SharedResource {
    private final Lock lock = new ReentrantLock(); // 创建锁对象
    private int counter = 0; // 共享资源

    public int getCounter() {
        return counter;
    }

    public void increment() {
        lock.lock(); // 请求锁
        try {
            counter++; // 修改共享资源
        } finally {
            lock.unlock(); // 释放锁
        }
    }
}

class CounterThread extends Thread {
    private SharedResource sharedResource;

    public CounterThread(SharedResource sharedResource) {
        this.sharedResource = sharedResource;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            sharedResource.increment(); // 请求锁并执行增加操作
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SharedResource sharedResource = new SharedResource();
        
        Thread thread1 = new CounterThread(sharedResource);
        Thread thread2 = new CounterThread(sharedResource);
        
        thread1.start(); // 启动线程1
        thread2.start(); // 启动线程2
        
        try {
            thread1.join(); // 等待线程1结束
            thread2.join(); // 等待线程2结束
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("Final counter value: " + sharedResource.getCounter()); // 输出最终计数
    }
}