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Java根据某个key加锁怎么实现

发布时间:2023-03-16 15:41:53 来源:亿速云 阅读:118 作者:iii 栏目:开发技术

本篇内容主要讲解“Java根据某个key加锁怎么实现”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“Java根据某个key加锁怎么实现”吧!

    一、背景

    日常开发中,有时候需要根据某个 key 加锁,确保多线程情况下,对该 key 的加锁和解锁之间的代码串行执行。
    大家可以借助每个 key 对应一个 ReentrantLock ,让同一个 key 的线程使用该 lock 加锁;每个 key 对应一个 Semaphore ,让同一个 key 的线程使用 Semaphore 控制同时执行的线程数。

    二、参考代码

    接口定义

    public interface LockByKey<T> {
    
        /**
         * 加锁
         */
        void lock(T key);
    
        /**
         * 解锁
         */
        void unlock(T key);
    }

    2.1 同一个 key 只能一个线程执行

    2.1.1 代码实现

    每个 key 对应一个 ReentrantLock ,让同一个 key 的线程使用该 lock 加锁。

    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    public class DefaultLockByKeyImpl<T> implements LockByKey<T> {
    
        private final Map<T, ReentrantLock> lockMap = new ConcurrentHashMap<>();
    
        /**
         * 加锁
         */
        @Override
        public void lock(T key) {
            // 如果key为空,直接返回
            if (key == null) {
                throw new IllegalArgumentException("key 不能为空");
            }
            
            // 获取或创建一个ReentrantLock对象
            ReentrantLock lock = lockMap.computeIfAbsent(key, k -> new ReentrantLock());
            // 获取锁
            lock.lock();
        }
    
    
        /**
         * 解锁
         */
        @Override
        public void unlock(T key) {
            // 如果key为空,直接返回
            if (key == null) {
                throw new IllegalArgumentException("key 不能为空");
            }
    
            // 从Map中获取锁对象
            ReentrantLock lock = lockMap.get(key);
            // 获取不到报错
            if (lock == null) {
                throw new IllegalArgumentException("key " + key + "尚未加锁");
            }
            // 其他线程非法持有不允许释放
            if (!lock.isHeldByCurrentThread()) {
                throw new IllegalStateException("当前线程尚未持有,key:" + key + "的锁,不允许释放");
            }
            lock.unlock();
        }
    }

    注意事项:
    (1)参数合法性校验
    (2)解锁时需要判断该锁是否为当前线程持有

    2.1.2 编写单测
    import com.google.common.collect.Lists;
    import org.junit.Test;
    
    import java.util.HashSet;
    import java.util.List;
    import java.util.Set;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class DefaultLockByKeyImplTest {
    
        private final LockByKey<String> lockByKey = new DefaultLockByKeyImpl<>();
    
        private final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(7);
        private final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
        @Test
        public void test() throws InterruptedException {
            List<String> keys = Lists.newArrayList("a", "a", "a", "b", "c", "b", "d");
            Set<String> executingKeySet = new HashSet<>();
    
            for (int i = 0; i < keys.size(); i++) {
                String key = keys.get(i);
                int finalI = i;
                executorService.submit(() -> {
                    lockByKey.lock(key);
                    if (executingKeySet.contains(key)) {
                        throw new RuntimeException("存在正在执行的 key:" + key);
                    }
                    executingKeySet.add(key);
    
                    try {
                        System.out.println("index:" + finalI + "对 [" + key + "] 加锁 ->" + Thread.currentThread().getName());
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    } finally {
                        System.out.println("index:" + finalI + "释放 [" + key + "] ->" + Thread.currentThread().getName());
                        lockByKey.unlock(key);
                        executingKeySet.remove(key);
                        countDownLatch.countDown();
                    }
                });
            }
            countDownLatch.await();
        }
    }

    如果同一个 key 没释放能够再次进入,会抛出异常。
    也可以通过日志来观察执行情况:

    index:0对 [a] 加锁 ->pool-1-thread-1
    index:6对 [d] 加锁 ->pool-1-thread-7
    index:4对 [c] 加锁 ->pool-1-thread-5
    index:3对 [b] 加锁 ->pool-1-thread-4
    index:6释放 [d] ->pool-1-thread-7
    index:4释放 [c] ->pool-1-thread-5
    index:0释放 [a] ->pool-1-thread-1
    index:3释放 [b] ->pool-1-thread-4
    
    index:1对 [a] 加锁 ->pool-1-thread-2
    index:5对 [b] 加锁 ->pool-1-thread-6
    index:1释放 [a] ->pool-1-thread-2
    index:5释放 [b] ->pool-1-thread-6
    
    index:2对 [a] 加锁 ->pool-1-thread-3
    index:2释放 [a] ->pool-1-thread-3

    2.2、同一个 key 可以有 n个线程执行

    2.2.1 代码实现

    每个 key 对应一个 Semaphore ,让同一个 key 的线程使用 Semaphore 控制同时执行的线程数。

    import lombok.SneakyThrows;
    
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    
    public class SimultaneousEntriesLockByKey<T> implements LockByKey<T> {
    
        private final Map<T, Semaphore> semaphores = new ConcurrentHashMap<>();
    
        /**
         * 最大线程
         */
        private int allowed_threads;
    
        public SimultaneousEntriesLockByKey(int allowed_threads) {
            this.allowed_threads = allowed_threads;
        }
    
        /**
         * 加锁
         */
        @Override
        public void lock(T key) {
            Semaphore semaphore = semaphores.compute(key, (k, v) -> v == null ? new Semaphore(allowed_threads) : v);
            semaphore.acquireUninterruptibly();
        }
    
    
        /**
         * 解锁
         */
        @Override
        public void unlock(T key) {
            // 如果key为空,直接返回
            if (key == null) {
                throw new IllegalArgumentException("key 不能为空");
            }
    
            // 从Map中获取锁对象
            Semaphore semaphore = semaphores.get(key);
            if (semaphore == null) {
                throw new IllegalArgumentException("key " + key + "尚未加锁");
            }
            semaphore.release();
            if (semaphore.availablePermits() >= allowed_threads) {
                semaphores.remove(key, semaphore);
            }
        }
    2.2.2 测试代码
    import com.google.common.collect.Lists;
    import org.junit.Test;
    
    import java.time.LocalDateTime;
    import java.util.Collections;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class SimultaneousEntriesLockByKeyTest {
    
        private final int maxThreadEachKey = 2;
        private final LockByKey<String> lockByKey = new SimultaneousEntriesLockByKey<>(maxThreadEachKey);
    
        private final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(7);
        private final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
        @Test
        public void test() throws InterruptedException {
            List<String> keys = Lists.newArrayList("a", "a", "a", "b", "c", "b", "d");
            Map<String, Integer> executingKeyCount = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
    
            for (int i = 0; i < keys.size(); i++) {
                String key = keys.get(i);
                int finalI = i;
                executorService.submit(() -> {
                    lockByKey.lock(key);
                    executingKeyCount.compute(key, (k, v) -> {
                        if (v != null && v + 1 > maxThreadEachKey) {
                            throw new RuntimeException("超过限制了");
                        }
                        return v == null ? 1 : v + 1;
                    });
                    try {
                        System.out.println("time:" + LocalDateTime.now().toString() + " ,index:" + finalI + "对 [" + key + "] 加锁 ->" + Thread.currentThread().getName() + "count:" + executingKeyCount.get(key));
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    } finally {
                        System.out.println("time:" + LocalDateTime.now().toString() + " ,index:" + finalI + "释放 [" + key + "] ->" + Thread.currentThread().getName() + "count:" + (executingKeyCount.get(key) - 1));
                        lockByKey.unlock(key);
                        executingKeyCount.compute(key, (k, v) -> v - 1);
                        countDownLatch.countDown();
                    }
                });
            }
            countDownLatch.await();
        }
    }

    输出:

    time:2023-03-15T20:49:57.044195 ,index:6对 [d] 加锁 ->pool-1-thread-7count:1
    time:2023-03-15T20:49:57.058942 ,index:5对 [b] 加锁 ->pool-1-thread-6count:2
    time:2023-03-15T20:49:57.069789 ,index:1对 [a] 加锁 ->pool-1-thread-2count:2
    time:2023-03-15T20:49:57.042402 ,index:4对 [c] 加锁 ->pool-1-thread-5count:1
    time:2023-03-15T20:49:57.046866 ,index:0对 [a] 加锁 ->pool-1-thread-1count:2
    time:2023-03-15T20:49:57.042991 ,index:3对 [b] 加锁 ->pool-1-thread-4count:2
    time:2023-03-15T20:49:58.089557 ,index:0释放 [a] ->pool-1-thread-1count:1
    time:2023-03-15T20:49:58.082679 ,index:6释放 [d] ->pool-1-thread-7count:0
    time:2023-03-15T20:49:58.084579 ,index:4释放 [c] ->pool-1-thread-5count:0
    time:2023-03-15T20:49:58.083462 ,index:5释放 [b] ->pool-1-thread-6count:1
    time:2023-03-15T20:49:58.089576 ,index:3释放 [b] ->pool-1-thread-4count:1
    time:2023-03-15T20:49:58.085359 ,index:1释放 [a] ->pool-1-thread-2count:1
    time:2023-03-15T20:49:58.096912 ,index:2对 [a] 加锁 ->pool-1-thread-3count:1
    time:2023-03-15T20:49:59.099935 ,index:2释放 [a] ->pool-1-thread-3count:0

    到此,相信大家对“Java根据某个key加锁怎么实现”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是亿速云网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!

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