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什么是可中断锁?有什么用?怎么实现?

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在 Java 中有两种锁,一种是内置锁 synchronized,一种是显示锁 Lock,其中 Lock 锁是可中断锁,而 synchronized 则为不可中断锁。

所谓的中断锁指的是锁在执行时可被中断,也就是在执行时可以接收 interrupt 的通知,从而中断锁执行

PS:默认情况下 Lock 也是不可中断锁,但是可以通过特殊的“手段”,可以让其变为可中断锁,接下来我们一起来看。

为什么需要可中断锁?

不可中断锁的问题是,当出现“异常”时,只能一直阻塞等待,别无其他办法,比如下面这个程序。下面的这个程序中有两个线程,其中线程 1 先获取到锁资源执行相应代码,而线程 2 在 0.5s 之后开始尝试获取锁资源,但线程 1 执行时忘记释放锁了,这就造成线程 2 一直阻塞等待的情况,实现代码如下:

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

publicclass InterruptiblyExample {
    public static void main(String[] args) {
        Lock lock = new ReentrantLock();

        // 创建线程 1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.lock();
                System.out.println("线程 1:获取到锁.");
                // 线程 1 未释放锁
            }
        });
        t1.start();

        // 创建线程 2
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 先休眠 0.5s,让线程 1 先执行
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 获取锁
                System.out.println("线程 2:等待获取锁.");
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println("线程 2:获取锁成功.");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        t2.start();
    }
}

以上代码执行的结果如下:

drf60

从上述结果可以看出,此时线程 2 在等待获取锁的操作,然而经历了 N 久之后…再次查看结果,依然是熟悉的画面:

drf060

线程 2 还在阻塞等待获取线程 1 释放锁资源,此时的线程 2 除了等之外,并无其他方法。

并且,当我们熟练地拿出了 JConsole,试图得到一个死锁的具体信息时,却得到了这样的结果:

drf0060

并没有检测到任何死锁信息,从上图我们可以看出,当只有一个锁资源的时候,系统并不会把这种情况判定为死锁,当然也没有阻塞等待的具体信息喽,此时只剩下线程 2 孤单地等待着它的“锁儿”。

使用中断锁

然而,中断锁的出现,就可以打破这一僵局,它可以在等待一定时间之后,主动的中断线程 2,以解决线程阻塞等待的问题。

中断锁的核心实现代码是 lock.lockInterruptibly() 方法,它和 lock.lock() 方法作用类似,只不过使用 lockInterruptibly 方法可以优先接收中断的请求,中断锁的具体实现如下:

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

publicclass InterruptiblyExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Lock lock = new ReentrantLock();

        // 创建线程 1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    // 加锁操作
                    lock.lock();
                    System.out.println("线程 1:获取到锁.");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 线程 1 未释放锁
            }
        });
        t1.start();

        // 创建线程 2
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 先休眠 0.5s,让线程 1 先执行
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 获取锁
                try {
                    System.out.println("线程 2:尝试获取锁.");
                    lock.lockInterruptibly(); // 可中断锁
                    System.out.println("线程 2:获取锁成功.");
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("线程 2:执行已被中断.");
                }
            }
        });
        t2.start();

        // 等待 2s 后,终止线程 2
        Thread.sleep(2000);
        if (t2.isAlive()) { // 线程 2 还在执行
            System.out.println("执行线程的中断.");
            t2.interrupt();
        } else {
            System.out.println("线程 2:执行完成.");
        }
    }
}

以上代码执行结果如下:

drf00060

从上述结果可以看出,当我们使用了 lockInterruptibly 方法就可以在一段时间之后,判断它是否还在阻塞等待,如果结果为真,就可以直接将他中断,如上图效果所示。

但当我们尝试将 lockInterruptibly 方法换成 lock 方法之后(其他代码都不变),执行的结果就完全不一样了,实现代码如下:

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

publicclass InterruptiblyExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Lock lock = new ReentrantLock();

        // 创建线程 1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    // 加锁操作
                    lock.lockInterruptibly();
                    System.out.println("线程 1:获取到锁.");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 线程 1 未释放锁
            }
        });
        t1.start();

        // 创建线程 2
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 先休眠 0.5s,让线程 1 先执行
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 获取锁
                try {
                    System.out.println("线程 2:尝试获取锁.");
                    lock.lock();
                    System.out.println("线程 2:获取锁成功.");
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println("线程 2:执行已被中断.");
                }
            }
        });
        t2.start();

        // 等待 2s 后,终止线程 2
        Thread.sleep(2000);
        if (t2.isAlive()) { // 线程 2 还在执行
            System.out.println("执行线程的中断.");
            t2.interrupt();
        } else {
            System.out.println("线程 2:执行完成.");
        }
    }
}

以上程序执行结果如下:

drf000060

从上图可以看出,当使用 lock 方法时,即使调用了 interrupt 方法依然不能将线程 2 进行中断。

总结

本文介绍了中断锁的实现,通过显示锁 Lock 的 lockInterruptibly 方法来完成,它和 lock 方法作用类似,但 lockInterruptibly 可以优先接收到中断的通知,而 lock 方法只能“死等”锁资源的释放,同时这两个方法的区别也是常见的面试题,希望本文对你有用。

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