顯式鎖

Java 為同步提供了兩種鎖宛徊，一種是語言特性提供的內(nèi)置鎖歧杏，即 synchronized 關(guān)鍵字，詳見 Java多線程學(xué)習(xí)之對(duì)象及變量的并發(fā)訪問 影晓；還有一種是 JDK 提供的顯式鎖镰吵。本文我們來介紹顯式鎖：

使用 ReentrantLock 類

java.util.concurrent.locks（J.U.C）包中提供了可重入的顯式鎖(ReentrantLock)，需要顯式進(jìn)行 lock 以及 unlock 操作挂签。ReentrantLock 和 synchronized 一樣都能實(shí)現(xiàn)同步疤祭，且都是可重入的。但 ReentrantLock 在擴(kuò)展功能上更為強(qiáng)大饵婆，使用上更加靈活勺馆。

用 ReentrantLock 保護(hù)代碼塊的基本結(jié)構(gòu)如下 :

lock.lock() ; // lock是一個(gè)ReentrantLock對(duì)象，lock方法上鎖
try
{
  //被同步的臨界區(qū)
}
finally
{
lock.unlock(); //unlock方法解鎖侨核，放在finally子句中草穆，即使拋出異常也要解鎖
}

這一結(jié)構(gòu)確保任何時(shí)刻只有一個(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)。一旦一個(gè)線程封鎖了鎖對(duì)象搓译，其他任何線程都無法通過 lock 語句悲柱。當(dāng)其他線程調(diào)用 lock 時(shí)，它們被阻塞侥衬，直到第一個(gè)線程釋放鎖對(duì)象。

注意：
1.把解鎖操作置于 finally 子句之內(nèi)是至關(guān)重要的跑芳。如果在臨界區(qū)的代碼拋出異常轴总，鎖必須被釋放。否則博个，其他線程將永遠(yuǎn)阻塞怀樟。
2.如果使用鎖，就不能使用帶資源的 try 語句盆佣。首先往堡，解鎖方法名不是 close。不過共耍，即使將它重命名虑灰，帶資源的 try 語句也無法正常工作。它的首部希望聲明一個(gè)新變量痹兜。但是如果使用一個(gè)鎖穆咐，你可能想使用多個(gè)線程共享的那個(gè)變量 (而不是新變量)。

使用 ReentrantLock 實(shí)現(xiàn)同步：測(cè)試1

MyService.java

使用 ReentrantLock 實(shí)現(xiàn)同步：測(cè)試2

ConditionTestMoreMethod.java

第一組線程類

第二組線程類

Run.java

運(yùn)行結(jié)果

分析
實(shí)驗(yàn)說明，調(diào)用lock.lock()的代碼相當(dāng)于持有了“對(duì)象監(jiān)視器”对湃，其他線程只有等待鎖被釋放時(shí)再次爭(zhēng)搶崖叫，效果和使用 synchronized 關(guān)鍵字一樣。

條件對(duì)象

和Object類的wait()，wait(long timeout), notify()往果，notifyAll()方法必須在同步方法或同步代碼塊中使用類似疆液，Condition 對(duì)象的await()，await(long time, TimeUnit unit), signal()陕贮，signalAll()方法也必須在lock.lock()和lock.unlock()構(gòu)成的臨界區(qū)內(nèi)使用堕油，否則會(huì)拋出IllegalMonitorStateException！

await() 會(huì)使當(dāng)前線程釋放鎖肮之，如果一個(gè)線程在 await 時(shí)調(diào)用 interrupt() 會(huì)拋出 InterruptedException掉缺。

使用 Condition 實(shí)現(xiàn)等待 / 通知：錯(cuò)誤用法與解決

MyService.java

正確使用 Condition 實(shí)現(xiàn)等待 / 通知

MyService.java

使用多個(gè) Condition 實(shí)現(xiàn)通知部分線程：錯(cuò)誤用法

MyService.java

ThreadA.java 和 ThreadB.java

Run.java

運(yùn)行結(jié)果

使用多個(gè) Condition 實(shí)現(xiàn)通知部分線程：正確用法

MyService.java

ThreadA.java 和 ThreadB.java

Run.java

運(yùn)行結(jié)果

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者 / 消費(fèi)者模式：一對(duì)一交替打印

MyService.java

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者 / 消費(fèi)者模式：多對(duì)多交替打印

為了防止假死，把 signal() 改為 signalAll() 即可薄腻。

公平鎖與非公平鎖

運(yùn)行結(jié)果

再來看看非公平鎖庵楷，只要修改傳入的 true 參數(shù)為 false 即可坏晦。

運(yùn)行結(jié)果

方法 getHoldCount() 昆婿、getQueueLength()球碉、getWaitQueueLength() 的測(cè)試

1）int getHoldCount() 方法的作用是查詢當(dāng)前線程保持此鎖定的個(gè)數(shù)，也就是調(diào)用 lock() 方法的次數(shù)仓蛆。

每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)線程持有者和一個(gè)計(jì)數(shù)器睁冬。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)表示該鎖沒有被任何線程持有，那么任何線程都都可能獲得該鎖而調(diào)用相應(yīng)方法看疙。當(dāng)一個(gè)線程請(qǐng)求成功后豆拨，JVM會(huì)記下持有鎖的線程，并將計(jì)數(shù)器計(jì)加1能庆。此時(shí)其他線程請(qǐng)求該鎖施禾，則必須等待。而該持有鎖的線程如果再次請(qǐng)求這個(gè)鎖搁胆，就可以再次拿到這個(gè)鎖弥搞，同時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)遞增。當(dāng)線程退出一個(gè)ReentrantLock鎖住的代碼塊時(shí)渠旁，計(jì)數(shù)器會(huì)遞減攀例，直到計(jì)數(shù)器為0才釋放該鎖。getHoldCount() 方法返回的就是這個(gè)計(jì)數(shù)器的值顾腊。
Service.java

2）方法 int getQueueLength() 的作用是返回正等待獲取此鎖定線程的估計(jì)數(shù)

比如有 5 個(gè)線程粤铭，1 個(gè)線程首先執(zhí)行 await() 方法，那么在調(diào)用 getQueueLength() 方法后返回值是 4杂靶，說明有 4 個(gè)線程同時(shí)在等待 lock 的釋放梆惯。
Service.java

3）方法 int getWaitQueueLength(Condition condition) 的作用是返回同一個(gè) Condition 對(duì)象的等待線程數(shù)。

如果同時(shí)開啟了5個(gè)線程吗垮，都調(diào)用了await()方法垛吗，并且它們是用的同一個(gè)Condition 對(duì)象，那么在調(diào)用該方法返回值為5抱既。
Service.java

方法 hasQueuedThread()职烧、hasQueuedThreads() 和 hasWaiters() 的測(cè)試

1）方法 boolean hasQueuedThread(Thread thread) 的作用是查詢指定的線程是否正在等待獲取此鎖定扁誓。方法 boolean hasQueuedThreads() 的作用時(shí)查詢是否有線程正在等待獲取此鎖定防泵。

Service.java

2）方法 boolean hasWaiters(Condition condition) 的作用是查詢是否有線程正在等待與此鎖定有關(guān)的 condition 條件。

Service.java

方法 isFair()蝗敢、isHeldByCurrentThread() 和 isLocked() 的測(cè)試

1）方法 isFair() 的作用是判斷是不是公平鎖

lock.isFair() 可以判斷 lock 是否是公平鎖捷泞，默認(rèn)情況下，ReentrantLock 類使用的是非公平鎖寿谴。

2）方法 boolean isHeldByCurrentThread() 的作用是查詢當(dāng)前線程是否保持此鎖定锁右。

Service.java

3）方法 boolean isLocked() 的作用是查詢此鎖定是否由任意線程保持。

Service.java

方法 lockInterruptibly()、tryLock() 和 tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 的測(cè)試

1）方法 void lockInterruptibly() 的作用是：如果當(dāng)前線程未被中斷咏瑟，則獲取鎖定，如果已經(jīng)被中斷則出現(xiàn)異常。

MyService.java

把 MyService.java 中的 lock.lock() 修改為 lock.lockInterruptibly()

運(yùn)行結(jié)果

2）方法 boolean tryLock() 的作用是领铐，僅在調(diào)用時(shí)鎖定未被另一個(gè)線程保持的情況下，才獲取該鎖定宋舷。

MyService.java

Run.java

3）方法 boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 的作用是绪撵，如果鎖定在給定等待時(shí)間內(nèi)沒有被另一個(gè)線程保持，且當(dāng)前線程未被中斷祝蝠，則獲取該鎖定音诈。

MyService.java

awaitUninterruptibly() 的使用

awaitUninterruptibly() 和 await() 方法用法基本相同，只是它并不響應(yīng)中斷請(qǐng)求续膳，即在調(diào)用 awaitUninterruptibly() 時(shí)調(diào)用 interrupt() 不會(huì)拋出 InterruptedException改艇。
MyService.java

awaitUntil() 的使用

awaitUntil() 設(shè)定一個(gè)超時(shí)間隔，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有被通知或中斷坟岔，線程將被喚醒谒兄。
ThreadA.java 和 ThreadB.java

Run2.java

使用 Condition 實(shí)現(xiàn)順序執(zhí)行

使用 Condition 對(duì)象可以對(duì)線程執(zhí)行的業(yè)務(wù)進(jìn)行排序規(guī)劃社付。指定喚醒特定的線程承疲，比 Object 的 notify() 更具精準(zhǔn)可控性。
Run.java

ReentrantLock與synchronized比較

1. 鎖的實(shí)現(xiàn)
synchronized 是 JVM 實(shí)現(xiàn)的鸥咖，而 ReentrantLock 是 JDK 實(shí)現(xiàn)的燕鸽。

2. 性能
新版本 Java 對(duì) synchronized 進(jìn)行了很多優(yōu)化，例如自旋鎖等啼辣，synchronized 與 ReentrantLock 大致相同啊研。

3. 等待可中斷
當(dāng)持有鎖的線程長(zhǎng)期不釋放鎖的時(shí)候，正在等待的線程可以選擇放棄等待鸥拧，改為處理其他事情党远。ReentrantLock 可中斷，而 synchronized 不行富弦。

4. 公平鎖
公平鎖是指多個(gè)線程在等待同一個(gè)鎖時(shí)沟娱，必須按照申請(qǐng)鎖的時(shí)間順序來依次獲得鎖。synchronized 中的鎖是非公平的腕柜，ReentrantLock 默認(rèn)情況下也是非公平的济似，但是也可以是公平的矫废。

5. 鎖綁定多個(gè)條件
一個(gè) ReentrantLock 可以同時(shí)綁定多個(gè) Condition 對(duì)象。從而可以靈活地對(duì)線程進(jìn)行分組阻塞和喚醒砰蠢。

使用選擇

除非需要使用 ReentrantLock 的高級(jí)功能蓖扑，否則優(yōu)先使用 synchronized。這是因?yàn)?synchronized 是 JVM 實(shí)現(xiàn)的一種鎖機(jī)制台舱，JVM 原生地支持它赵誓，而 ReentrantLock 不是所有的 JDK 版本都支持。并且使用 synchronized 不用擔(dān)心沒有釋放鎖而導(dǎo)致死鎖問題柿赊，因?yàn)?JVM 會(huì)確保鎖的釋放俩功。而如果使用 ReentrantLock 必須把釋放鎖的代碼放在finally子句中，使線程異常終止時(shí)也能釋放鎖碰声。

使用 ReentrantReadWriteLock 類

類 ReentrantReadWriteLock 的使用：讀讀共享

Service.java

類 ReentrantReadWriteLock 的使用：寫寫互斥

Service.java

類 ReentrantReadWriteLock 的使用：讀寫互斥

Service.java

類 ReentrantReadWriteLock 的使用：寫讀互斥

同理寫讀操作也是互斥的瞻颂。
Run.java

總結(jié)：“讀寫”豺谈、“寫讀”、“寫寫”都是同步的贡这、互斥的茬末；"讀讀"是異步的、共享的盖矫。