Binary Semaphore和Reentrant Lock的区别有哪些

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1. 引言

探讨二进制信号量(Binary Semaphore)和可重入锁(Reentrant  Lock)。

2. 什么是二进制信号量

二进制信号量在单个资源的访问上提供信令机制。换句话说，二进制信号量提供了一种互斥机制，一次只允许一个线程访问一个关键部分。它只保留一个通行证，因此二进制信号量只有两种状态：可用(count=1)  和不可用(count=0)。

我们使用Java中的 Semaphore 类来讨论一个简单的二进制信号量的实现 ：

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1); try {     binarySemaphore.acquire();     assertEquals(0, binarySemaphore.availablePermits()); } catch (InterruptedException e) {     e.printStackTrace(); } finally {     binarySemaphore.release();     assertEquals(1, binarySemaphore.availablePermits()); }

在这里，我们可以观察到，acquire方法将可用许可减少了一个。类似地，release方法将可用许可增加1。

另外，Semaphore 类提供了 fairness 参数。当设置为true时，fairness  参数确保请求线程获取许可的顺序(基于它们的等待时间)：

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1, true);

3. 什么是重入锁?

可重入锁是一种互斥机制，允许线程在没有死锁的情况下(多次)重入资源上的锁。

进入锁的线程每次增加一个持有计数。类似地，请求解锁时持有计数减少。因此，资源被锁定，直到计数器返回到零。例如，让我们看一个使用Java中  ReentrantLock 类的简单实现：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(); try {     reentrantLock.lock();     assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount());     assertEquals(true, reentrantLock.isLocked()); } finally {     reentrantLock.unlock();     assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount());     assertEquals(false, reentrantLock.isLocked()); }

这里，lock方法将持有计数增加1，并锁定资源。类似地，unlock方法减少持有计数，如果持有计数为零，则解锁资源。当线程重新进入锁时，它必须请求相同次数的解锁以释放资源：

reentrantLock.lock(); reentrantLock.lock(); assertEquals(2, reentrantLock.getHoldCount()); assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());  reentrantLock.unlock(); assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount()); assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());  reentrantLock.unlock(); assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount()); assertEquals(false, reentrantLock.isLocked());

与Semaphore类类似，ReentrantLock类也支持 fairness 参数：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);

4. 二进制信号量与重入锁

4.1. 机制

二进制信号量是一种信令机制，而可重入锁是一种锁定机制。

4.2.所有权

没有线程是二进制信号量的所有者。但是，成功锁定资源的最后一个线程是可重入锁的所有者。

4.3. 本质

二进制信号量本质上是不可重入的，这意味着同一个线程不能重新获取关键部分，否则会导致死锁。另一方面，可重入锁本质上允许同一线程多次重入锁。

4.4. 灵活性

二进制信号量通过允许锁定机制和死锁恢复的自定义实现，提供了更高级别的同步机制。因此，它为开发人员提供了更多的控制。然而，可重入锁则是一种低级同步，具有固定的锁机制。

4.5. 可修改性

二进制信号量支持 wait 和  signal(在Java的Semaphore类中获取和释放)等操作，以允许任何进程修改可用的许可证。另一方面，只有锁定/解锁资源的同一线程才能修改可重入锁。

4.6. 死锁恢复

二进制信号量提供了一种非所有权释放机制。因此，任何线程都可以释放二进制信号量的死锁恢复许可。

相反，在重入锁的情况下很难实现死锁恢复。例如，如果可重入锁的所有者线程进入睡眠或无限等待状态，就不可能释放资源，从而导致死锁情况。

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