Java - 重入监视器

你好，未来的Java法师们！今天，我们将踏上一段激动人心的旅程，探索Java中的重入监视器世界。如果你是编程新手，不用担心——我会成为你的友好向导，我们会一步一步来。所以，拿起你的虚拟魔杖（键盘），让我们开始吧！

Java - Reentrant Monitor

什么是重入监视器？

在我们深入了解之前，让我们先了解一下什么是重入监视器。想象你在一个神奇的图书馆里，一次只能有一个人进入特定的区域。现在，如果你已经在这个区域里，并且需要进入一个更深的子区域呢？重入监视器就像是一张神奇的通行证，允许你做到这一点——进入你已经进入的区域！

在Java术语中，重入监视器允许已经持有锁的线程再次获取它而不会阻塞。就像给自己许可进入你已经所在的房间。酷吧？

为什么我们需要重入监视器？

你可能在想，“我们为什么需要这张神奇的通行证？”在多线程的世界中（程序的多部分同时运行），我们经常需要保护共享资源。重入监视器帮助我们更有效地做到这一点，特别是当我们有调用其他也需要相同锁的方法时。

引入ReentrantLock

Java提供了一个名为ReentrantLock的类来实现重入监视器。这就像我们的神奇图书馆通行证，但在代码形式中！

语法

以下是如何创建和使用ReentrantLock：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

// 获取锁
lock.lock();
try {
// 你的保护代码在这里
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}

如果这看起来有点吓人，别担心。我们会通过一些例子来分解它！

不使用重入锁的多线程

让我们从一个不使用ReentrantLock的简单例子开始。想象我们有一个神奇的计数器，多个法师（线程）试图递增它：

public class MagicalCounter {
private int count = 0;

public void increment() {
count++;
}

public int getCount() {
return count;
}
}

现在，让我们创建一些法师线程来递增这个计数器：

public class WizardThread extends Thread {
private MagicalCounter counter;

public WizardThread(MagicalCounter counter) {
this.counter = counter;
}

public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.increment();
}
}
}

public class MagicalCounterTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MagicalCounter counter = new MagicalCounter();
WizardThread wizard1 = new WizardThread(counter);
WizardThread wizard2 = new WizardThread(counter);

wizard1.start();
wizard2.start();

wizard1.join();
wizard2.join();

System.out.println("最终计数: " + counter.getCount());
}
}

如果你运行这个程序，你可能会期望最终计数为2000（每个法师递增1000次）。但惊喜！结果通常小于2000。这是因为我们的法师们互相踩踏——他们试图同时递增计数器，导致一些递增丢失。

使用重入锁的多线程

现在，让我们在我们的计数器上撒上一些ReentrantLock魔法：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MagicalCounterWithLock {
private int count = 0;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void increment() {
lock.lock();
try {
count++;
} finally {
lock.unlock();
}
}

public int getCount() {
return count;
}
}

让我们分解一下：

我们创建了一个名为lock的ReentrantLock对象。
在increment方法中，我们在递增计数器之前调用lock.lock()。
我们使用try-finally块来确保我们总是解锁，即使发生异常。
递增后，我们在finally块中调用lock.unlock()。

现在，如果我们用这个新的MagicalCounterWithLock运行我们的WizardThread测试，我们总是得到2000作为最终计数。我们的法师们现在正在优雅地轮流！

将重入锁设置为公平

ReentrantLock还有一个技巧。我们可以用一个公平参数创建它：

ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

当我们设置公平参数为true时，锁会优先允许等待时间最长的线程访问。就像为我们的法师们形成一个正确的队列！

以下是如何使用它：

public class FairMagicalCounter {
private int count = 0;
private ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

public void increment() {
fairLock.lock();
try {
count++;
} finally {
fairLock.unlock();
}
}

public int getCount() {
return count;
}
}

这确保了如果有多个法师等待递增计数器，等待时间最长的法师将下一个进行操作。

结论

就这样，年轻的法师们！我们已经穿越了Java中的重入监视器神奇世界。我们看到了它们如何帮助我们在多线程环境中管理共享资源，确保我们的神奇计数器（和其他共享对象）被正确递增。

记住，像任何强大的魔法一样，重入监视器应该谨慎使用。它们非常适合管理对共享资源的并发访问，但过度使用可能会导致性能下降，甚至死锁（法师们互相等待对方的锁，永远被困住的情况）！

练习这些咒语...呃，代码示例，很快你就能像专业人士一样施展多线程魔法！快乐编码，愿你的线程永远和谐！

Credits: Image by storyset