文章目录

概述
步骤
- 自定义超时异常处理类
- ILock接口
- 实现类
- 测试
- 存在的问题
- 修复存在的问题
- 超时功能
- 测试超时功能
CustomLock

概述

我们知道synchronized的机制有一个很重要的特点是：使用synchronized，当一个线程获取了锁，其他线程只能一直等待，等待这个获取锁的线程释放锁，如果这个线程执行时间很长，其他线程就需要一直等待。除非获取锁的线程执行完了该代码块，释放锁或者线程执行发生异常，JVM会使线程自动释放锁。

当然了J.U.C包中 Doug Lea大神已经设计了非常完美的解决方案,我们这里不讨论J.U.C的实现。

我们自己实现一套的话，该如何实现呢？有几点需要思考

原有的synchronized功能，必须保证，即一个线程拿到锁后，其他线程必须等待
谁加的锁，必须由谁来释放
加入超时功能
…

好了，开始吧

步骤

自定义超时异常处理类

既然要设计带超时功能的锁，少不了当超时时，抛出异常，以便上层捕获处理。

public class TimeOutException extends  RuntimeException {public TimeOutException(String message){super(message);}
}

ILock接口

约定几个接口方法: lock 、lock(long timeout)、unlock、getBlockedThread、getBlockedSize 详见代码注释

package com.artisan.customLock;import java.util.Collection;public interface ILock {/*** 加锁*/void lock() throws InterruptedException;/*** 加锁* @param timeout 持有锁的时间，过了该时间（毫秒) 自动释放该锁*/void lock(long timeout) throws InterruptedException,TimeOutException;/*** 释放锁*/void unlock();/*** 用于观察 有哪些线程因没有获取到锁被blocked* @return*/Collection<Thread> getBlockedThreads();/*** 被blocked的线程数量* @return*/int getBlockedSize();}

实现类

详见代码注释。 加锁和释放锁方法使用 synchronized 修饰，否则使用wait && notifyAll抛出异常


import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
import java.util.Optional;public class CustomLock implements ILock {// 默认false// true: 已经被线程抢到  false: 空闲private boolean lockFlag;// 用于存储被blocked的线程，方便查看及计算被blocked的线程数量Collection<Thread> blockedThreadCollection = new ArrayList<>();/*** 构造函数中初始化该lockFlag*/public CustomLock(){this.lockFlag = false;}/*** synchronized 修饰该方法* @throws InterruptedException*/@Overridepublic synchronized void lock() throws InterruptedException {// 如果其他线程已经获取到了锁，让该线程waitwhile(lockFlag){// 加入到blockedThreadCollectionblockedThreadCollection.add(Thread.currentThread());// waitthis.wait();}// 如果空闲，将该monitor置为trueblockedThreadCollection.remove(Thread.currentThread());lockFlag = true;}@Overridepublic void lock(long timeout) throws InterruptedException, TimeOutException {}@Overridepublic synchronized void unlock() {// 如果是加锁的线程// 将Monitor置为空闲this.lockFlag = false;Optional.of(Thread.currentThread().getName() + " 释放lock").ifPresent(System.out::println);// 唤醒其他正在等待的线程this.notifyAll();}@Overridepublic Collection<Thread> getBlockedThreads() {// blockedThreadCollection 可能被其他线程add 或者remove，这里定义为不可变的集合类型return Collections.unmodifiableCollection(blockedThreadCollection);}@Overridepublic int getBlockedSize() {return blockedThreadCollection.size();}
}

测试

package com.artisan.customLock;import java.time.LocalTime;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Stream;public class CustomLockTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CustomLock customLock = new CustomLock();// 开启5个线程Stream.of("T1", "T2", "T3", "T4", "T5").forEach(name -> new Thread(() -> {// 加锁 处理业务try {// 加锁customLock.lock();Optional.of(Thread.currentThread().getName() + " hold the Monitor").ifPresent(System.out::println);// 调用业务work();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}finally {// 在finally中释放锁customLock.unlock();}}, name).start());}/*** 模拟线程的业务逻辑** @throws InterruptedException*/public static void work() throws InterruptedException {Optional.of(Thread.currentThread().getName() +" begin to work " + LocalTime.now().withNano(0)).ifPresent(System.out::println);Thread.sleep(3_000);}}

日志输出：

"E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\bin\java" "-javaagent:E:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.2.4\lib\idea_rt.jar=53159:E:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.2.4\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\charsets.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\deploy.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\cldrdata.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\dnsns.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jaccess.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jfxrt.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\localedata.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\nashorn.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunec.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\zipfs.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\javaws.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jce.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfr.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfxswt.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jsse.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\management-agent.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\plugin.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\resources.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\rt.jar;D:\IdeaProjects\mvc\target\classes" com.artisan.customLock.CustomLockTest
T1 hold the Monitor
T1 begin to work 22:19:14
T1 释放lock
T5 hold the Monitor
T5 begin to work 22:19:17
T5 释放lock
T2 hold the Monitor
T2 begin to work 22:19:20
T2 释放lock
T4 hold the Monitor
T4 begin to work 22:19:23
T4 释放lock
T3 hold the Monitor
T3 begin to work 22:19:26
T3 释放lockProcess finished with exit code 0

可以看到确实是一个线程拿到锁后，其他线程必须等待。

针对第二点呢：谁加的锁，必须由谁来释放 .

我们来测试下

存在的问题

针对第二点呢：谁加的锁，必须由谁来释放 .

我们来测试下：假设我们在main线程中调用了unlock方法

重新运行测试，观察日志

T1 hold the Monitor
T1 begin to work 22:24:41
main 释放lock
T5 hold the Monitor
T5 begin to work 22:24:41
T1 释放lock
T2 hold the Monitor
T2 begin to work 22:24:44
T5 释放lock
T4 hold the Monitor
T4 begin to work 22:24:44
T2 释放lock
T3 hold the Monitor
T3 begin to work 22:24:47
T4 释放lock
T3 释放lockProcess finished with exit code 0

T1拿到锁还没有工作完，就被主线程释放了，结果T5又抢到了… 很明显不对了。

修复存在的问题

见代码

再次运行测试，OK

超时功能

 @Overridepublic synchronized  void lock(long timeout) throws InterruptedException, TimeOutException {// 入参不合理，直接调用lock ,也可抛出异常if (timeout <= 0 ) lock();// 线程等待的剩余时间long  leftTime = timeout;// 计算结束时间long endTime = System.currentTimeMillis() + timeout;while(lockFlag){// 如果超时了，抛出异常if (leftTime <= 0){throw new TimeOutException(Thread.currentThread().getName() + " 超时...");}// 加入到blockedThreadCollectionblockedThreadCollection.add(Thread.currentThread());// wait 指定的时间this.wait(timeout);// 计算是否超时leftTime = endTime - System.currentTimeMillis();}// 如果空闲，将该monitor置为trueblockedThreadCollection.remove(Thread.currentThread());this.lockFlag = true;// 将当前线程置为lockHolderThreadthis.lockHolderThread = Thread.currentThread();}

测试超时功能

package com.artisan.customLock;import java.time.LocalTime;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Stream;public class CustomLockTest {public static void main(String[] args) {CustomLock customLock = new CustomLock();// 开启5个线程Stream.of("T1", "T2", "T3", "T4", "T5").forEach(name -> new Thread(() -> {// 加锁 处理业务try {// 加锁 最多等待100毫秒，如果100ms,没抢到则中断执行customLock.lock(100);Optional.of(Thread.currentThread().getName() + " hold the Monitor").ifPresent(System.out::println);// 调用业务work();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (TimeOutException e){Optional.of(Thread.currentThread().getName() + " timeOut").ifPresent(System.out::println);}finally {// 在finally中释放锁customLock.unlock();}}, name).start());}/*** 模拟线程的业务逻辑** @throws InterruptedException*/public static void work() throws InterruptedException {Optional.of(Thread.currentThread().getName() +" begin to work " + LocalTime.now().withNano(0)).ifPresent(System.out::println);Thread.sleep(3_000);}}

运行结果：

OK。

CustomLock

package com.artisan.customLock;import java.time.LocalTime;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
import java.util.Optional;public class CustomLock implements ILock {// 默认false// true: 已经被线程抢到  false: 空闲private boolean lockFlag;// 用于存储被blocked的线程，方便查看及计算被blocked的线程数量Collection<Thread> blockedThreadCollection = new ArrayList<>();// 当前持有锁的线程Thread lockHolderThread ;/*** 构造函数中初始化该lockFlag*/public CustomLock(){this.lockFlag = false;}/*** synchronized 修饰该方法* @throws InterruptedException*/@Overridepublic synchronized void lock() throws InterruptedException {// 如果其他线程已经获取到了锁，让该线程waitwhile(lockFlag){// 加入到blockedThreadCollectionblockedThreadCollection.add(Thread.currentThread());// waitthis.wait();}// 如果空闲，将该monitor置为trueblockedThreadCollection.remove(Thread.currentThread());this.lockFlag = true;// 将当前线程置为lockHolderThreadthis.lockHolderThread = Thread.currentThread();}@Overridepublic synchronized  void lock(long timeout) throws InterruptedException, TimeOutException {// 入参不合理，直接调用lock ,也可抛出异常if (timeout <= 0 ) lock();// 线程等待的剩余时间long  leftTime = timeout;// 计算结束时间long endTime = System.currentTimeMillis() + timeout;while(lockFlag){// 如果超时了，抛出异常if (leftTime <= 0){throw new TimeOutException(Thread.currentThread().getName() + " 超时...");}// 加入到blockedThreadCollectionblockedThreadCollection.add(Thread.currentThread());// wait 指定的时间this.wait(timeout);// 计算是否超时leftTime = endTime - System.currentTimeMillis();}// 如果空闲，将该monitor置为trueblockedThreadCollection.remove(Thread.currentThread());this.lockFlag = true;// 将当前线程置为lockHolderThreadthis.lockHolderThread = Thread.currentThread();}@Overridepublic synchronized void unlock() {// 如果是加锁的线程if(lockHolderThread == Thread.currentThread()){// 将Monitor置为空闲this.lockFlag = false;Optional.of(Thread.currentThread().getName() + " 释放lock" +  LocalTime.now().withNano(0)).ifPresent(System.out::println);// 唤醒其他正在等待的线程this.notifyAll();}}@Overridepublic Collection<Thread> getBlockedThreads() {// blockedThreadCollection 可能被其他线程add 或者remove，这里定义为不可变的集合类型return Collections.unmodifiableCollection(blockedThreadCollection);}@Overridepublic int getBlockedSize() {return blockedThreadCollection.size();}
}

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