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Java自動釋放鎖的三種實現(xiàn)方案

更新時間：2022年06月06日 12:28:42 作者：Gevin

在筆者面試過程時,經(jīng)常會被問到各種各樣的鎖,如樂觀鎖、讀寫鎖等等,非常繁多,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java自動釋放鎖的三種實現(xiàn)方案,文中通過實例代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

前言

Python 提供了 try-with-lock，不需要顯式地獲取和釋放鎖，非常方便。Java 沒有這樣的機制，不過我們可以自己實現(xiàn)這個機制。

本文以訪問量統(tǒng)計的簡化場景為例，介紹相關(guān)內(nèi)容，即：

public class VisitCounter {
    @Getter
    private long visits = 0;

    public void visit() {
        visits++;
    }
}

這里的visit()方法，是線程不安全的，若多線程并發(fā)訪問該方法，visits結(jié)果是錯的。因此多線程下需要上鎖，即：

public void safeVisit() {
    try {
        lock.lock();
        visits++;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

為避免lock... unlock的麻煩，本文提供了以下幾種封裝思路，僅供參考。

方案1 使用AutoCloseable

java7 開始提供的AutoCloseable接口，實現(xiàn)了try-with-resources功能，可以利用它來實現(xiàn)鎖的自動釋放。

public class AutoCloseableLock implements AutoCloseable{
    private final Lock lock;

    public AutoCloseableLock(Lock lock) {
        this.lock = lock;
    }

    @Override
    public void close() throws Exception {
        lock.unlock();
    }

    public void lock() {
        lock.lock();
    }

    public boolean tryLock() {
        return lock.tryLock();
    }

    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        lock.lockInterruptibly();
    }
}

應(yīng)用：

public void safeVisit() throws Exception {
    try (AutoCloseableLock autoCloseableLock = new AutoCloseableLock(lock)) {
        autoCloseableLock.lock();
        visits++;
    } 
}

方案2 使用lambda

得益于lambda和函數(shù)式編程的使用，Java 8 開始鼓勵“行為參數(shù)化”，實現(xiàn)了環(huán)繞執(zhí)行模式。說白了，類似于代理模式，把要上鎖執(zhí)行的代碼，放到一個lambda表達式中，在lambda之外套上try lock ... finally的外殼，由于lambda作為上鎖代碼的載體，是以參數(shù)形式傳入的，因此具備通用性。這段文字描述的，即下面代碼中的runWithLock(Runable)方法，這就是所謂的“環(huán)繞執(zhí)行模式”。雖然文字描述不好理解，看代碼一目了然。

public class AutoReleaseLockHolder {
    private final Lock lock;

    public AutoReleaseLockHolder(Lock lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public void runWithLock(Runnable runnable) {
        try {
            lock.lock();
            runnable.run();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public boolean runWithTryLock(Runnable runnable) {
        try {
            boolean locked = lock.tryLock();
            if (!locked) {
                return false;
            }
            runnable.run();
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    public void runWithLockInterruptibly(Runnable runnable) 
                throws InterruptedException {
        try {
            lock.lockInterruptibly();
            runnable.run();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

使用：

public void safeVisit() {
    lockHolder.runWithLock(() -> visits++);
}

方案3 代理模式

通過代理模式，也可以把上鎖解鎖的操作獨立出來，變得通用，這種方式的主要問題在于，會對整個函數(shù)上鎖，鎖的顆粒度較大，降低系統(tǒng)的并行度，從而影響系統(tǒng)性能。但作為思路拓展練練手。

如果對接口定義的方法做代理，可以使用java的動態(tài)代理，如果想對整個類的方法都做代理，可以使用Cglib。

（1）動態(tài)代理

創(chuàng)建代理對象：

public Object createAutoLockProxy(Object target) {
        Class<?>[] interfaces = target.getClass().getInterfaces();
        return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), interfaces, (proxy, method, args) -> {
            try {
                lock.lock();
                return method.invoke(target, args);
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
    }

使用：

public void safeVisitCountWithDynamicProxy() throws InterruptedException {
        long total = 20000;
        int current = 10;
        IVisitCounter visit = (IVisitCounter )new DynamicLockProxy(new ReentrantLock()).createAutoLockProxy2(visitCounter);
        concurrentVisit(total, current, visit::visit);
        System.out.println("actual visits: " + visit.getVisits());
    }

（2）Cglib

創(chuàng)建代理對象：

public static <T> T createAutoLockObject(Class<T> objectClass, Lock lock) {
    Enhancer enhancer = new Enhancer();
    enhancer.setSuperclass(objectClass);
    enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (obj, method, args, proxy) -> {
        try {
            lock.lock();
            return proxy.invokeSuper(obj, args);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    });
    return (T) enhancer.create();
}

使用：

public void safeVisitCountWithCglib() throws InterruptedException {
    long total = 20000;
    int current = 10;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    VisitCounter visitCounterProxy = CglibLockProxy.createAutoLockObject(VisitCounter.class, lock);
    concurrentVisit(total, current, visitCounterProxy::visit);
    System.out.println("actual visits: " + visitCounterProxy.getVisits());
}

Show me the code

以上幾個方案的代碼，我已放到GitHub上的try-with-lock-example 倉庫中，大家可以去看一下源碼。

動態(tài)代理的兩個方案，調(diào)用方法做了簡化處理，調(diào)用了其他函數(shù)，但因為與主題無關(guān)，沒有放入正文，可以在源碼倉庫看看文中沒寫的代碼。

另外，代碼倉庫中，也包含了測試，我默認用10個線程，對VisitCounter并發(fā)調(diào)用了20000次，在單線程、線程不安全訪問和各種方案的加鎖訪問，結(jié)果如下：

total: 20000 visits: 20000
total: 20000 visits: 6739
total: 20000 visits: 20000
total: 20000 visits: 20000
total: 20000 visits: 20000
total: 20000 visits: 20000