Java轮询锁使用时遇到的问题怎么解决

这篇文章主要介绍了Java轮询锁使用时遇到的问题怎么解决的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇Java轮询锁使用时遇到的问题怎么解决文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

问题演示

当我们没有使用轮询锁之前，可能会出现这样的问题：

import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class DeadLockByReentrantLock {    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                lockA.lock(); // 加锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    lockB.lock(); // 加锁                    try {                        System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                    } finally {                        lockA.unlock(); // 释放锁                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                }            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                lockB.lock(); // 加锁                System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                    lockA.lock(); // 加锁                    try {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    } finally {                        lockA.unlock(); // 释放锁                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockB.unlock(); // 释放锁                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }}

以上代码的执行结果如下：

从上述结果可以看出，此时程序中出现了线程相互等待，并尝试获取对方（锁）资源的情况，这就是典型的死锁问题了。

简易版轮询锁

当出现死锁问题之后，我们就可以使用轮询锁来解决它了，它的实现思路是通过轮询的方式来获取多个锁，如果中途有任意一个锁获取失败，则执行回退操作，释放当前线程拥有的所有锁，等待下一次重新执行，这样就可以避免多个线程同时拥有并霸占锁资源了，从而直接解决了死锁的问题，简易版的轮询锁实现如下：

import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample2 {    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1(使用轮询锁)        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                // 调用轮询锁                pollingLock(lockA, lockB);            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                lockB.lock(); // 加锁                System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                    lockA.lock(); // 加锁                    try {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    } finally {                        lockA.unlock(); // 释放锁                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockB.unlock(); // 释放锁                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }    /**     * 轮询锁     */    private static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) {        // 轮询锁        while (true) {            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁                        try {                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                        } finally {                            lockB.unlock(); // 释放锁                            System.out.println("线程 1:释放锁 B.");                            break;                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                    System.out.println("线程 1:释放锁 A.");                }            }            // 等待一秒再继续执行            try {                Thread.sleep(1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

以上代码的执行结果如下：

从上述结果可以看出，当我们在程序中使用轮询锁之后就不会出现死锁的问题了，但以上轮询锁也并不是完美无缺的，下面我们来看看这个轮询锁会有什么样的问题？

问题1：死循环

以上简易版的轮询锁，如果遇到有一个线程一直霸占或者长时间霸占锁资源的情况，就会导致这个轮询锁进入死循环的状态，它会尝试一直获取锁资源，这样就会造成新的问题，带来不必要的性能开销，具体示例如下。

反例

import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample {    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1(使用轮询锁)        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                // 调用轮询锁                pollingLock(lockA, lockB);            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                lockB.lock(); // 加锁                System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                    lockA.lock(); // 加锁                    try {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    } finally {                        lockA.unlock(); // 释放锁                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    // 如果此处代码未执行，线程 2 一直未释放锁资源                    // lockB.unlock();                 }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }    /**     * 轮询锁     */    public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) {        while (true) {            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁                        try {                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                        } finally {                            lockB.unlock(); // 释放锁                            System.out.println("线程 1:释放锁 B.");                            break;                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                    System.out.println("线程 1:释放锁 A.");                }            }            // 等待一秒再继续执行            try {                Thread.sleep(1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

以上代码的执行结果如下：

从上述结果可以看出，线程 1 轮询锁进入了死循环的状态。

优化版

针对以上死循环的情况，我们可以改进的思路有以下两种：

• 添加最大次数限制：如果经过了 n 次尝试获取锁之后，还未获取到锁，则认为获取锁失败，执行失败策略之后终止轮询（失败策略可以是记录日志或其他操作）；

• 添加最大时长限制：如果经过了 n 秒尝试获取锁之后，还未获取到锁，则认为获取锁失败，执行失败策略之后终止轮询。

以上策略任选其一就可以解决死循环的问题，出于实现成本的考虑，我们可以采用轮询最大次数的方式来改进轮询锁，

具体实现代码如下：

import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample {    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1(使用轮询锁)        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                // 调用轮询锁                pollingLock(lockA, lockB, 3);            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                lockB.lock(); // 加锁                System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                    lockA.lock(); // 加锁                    try {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    } finally {                        lockA.unlock(); // 释放锁                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    // 线程 2 忘记释放锁资源                    // lockB.unlock(); // 释放锁                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }    /**     * 轮询锁     *     * maxCount：最大轮询次数     */    public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) {        // 轮询次数计数器        int count = 0;        while (true) {            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁                        try {                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                        } finally {                            lockB.unlock(); // 释放锁                            System.out.println("线程 1:释放锁 B.");                            break;                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                    System.out.println("线程 1:释放锁 A.");                }            }            // 判断是否已经超过最大次数限制            if (count++ > maxCount) {                // 终止循环                System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略");                return;            }            // 等待一秒再继续尝试获取锁            try {                Thread.sleep(1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

以上代码的执行结果如下：

从以上结果可以看出，当我们改进之后，轮询锁就不会出现死循环的问题了，它会尝试一定次数之后终止执行。

问题2：线程饿死

我们以上的轮询锁的轮询等待时间是固定时间，如下代码所示：

// 等待 1s 再尝试获取（轮询）锁try {    Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {    e.printStackTrace();}

这样在特殊情况下会造成线程饿死的问题，也就是轮询锁一直获取不到锁的问题，比如以下示例。

反例

import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample {    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1(使用轮询锁)        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                // 调用轮询锁                pollingLock(lockA, lockB, 3);            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                while (true) {                    lockB.lock(); // 加锁                    System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                    try {                        System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                        lockA.lock(); // 加锁                        try {                            System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                        } finally {                            lockA.unlock(); // 释放锁                        }                    } finally {                        lockB.unlock(); // 释放锁                    }                    // 等待一秒之后继续执行                    try {                        Thread.sleep(1000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }    /**     * 轮询锁     */    public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) {        // 循环次数计数器        int count = 0;        while (true) {            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(获取锁需要的时间)                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁                        try {                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                        } finally {                            lockB.unlock(); // 释放锁                            System.out.println("线程 1:释放锁 B.");                            break;                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                    System.out.println("线程 1:释放锁 A.");                }            }            // 判断是否已经超过最大次数限制            if (count++ > maxCount) {                // 终止循环                System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略");                return;            }            // 等待一秒再继续尝试获取锁            try {                Thread.sleep(1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

以上代码的执行结果如下：

从上述结果可以看出，线程 1（轮询锁）一直未成功获取到锁，造成这种结果的原因是：线程 1 每次轮询的等待时间为固定的 1s，而线程 2 也是相同的频率，每 1s 获取一次锁，这样就会导致线程 2 会一直先成功获取到锁，而线程 1 则会一直处于"饿死"的情况，执行流程如下图所示：

优化版

接下来，我们可以将轮询锁的固定等待时间，改进为固定时间 + 随机时间的方式，这样就可以避免因为获取锁的频率一致，而造成轮询锁"饿死"的问题了，具体实现代码如下：

import java.util.Random;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample {    private static Random rdm = new Random();    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1(使用轮询锁)        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                // 调用轮询锁                pollingLock(lockA, lockB, 3);            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                while (true) {                    lockB.lock(); // 加锁                    System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                    try {                        System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                        lockA.lock(); // 加锁                        try {                            System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                        } finally {                            lockA.unlock(); // 释放锁                        }                    } finally {                        lockB.unlock(); // 释放锁                    }                    // 等待一秒之后继续执行                    try {                        Thread.sleep(1000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }    /**     * 轮询锁     */    public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) {        // 循环次数计数器        int count = 0;        while (true) {            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(获取锁需要的时间)                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁                        try {                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                        } finally {                            lockB.unlock(); // 释放锁                            System.out.println("线程 1:释放锁 B.");                            break;                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                    System.out.println("线程 1:释放锁 A.");                }            }            // 判断是否已经超过最大次数限制            if (count++ > maxCount) {                // 终止循环                System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略");                return;            }            // 等待一定时间(固定时间 + 随机时间)之后再继续尝试获取锁            try {                Thread.sleep(300 + rdm.nextInt(8) * 100); // 固定时间 + 随机时间            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

以上代码的执行结果如下：

从上述结果可以看出，线程 1（轮询锁）加入随机等待时间之后就不会出现线程饿死的问题了。

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