我們已經(jīng)知道，synchronized 是java的關(guān)鍵字，是Java的內(nèi)置特性，在JVM層面實(shí)現(xiàn)了對(duì)臨界資源的同步互斥訪問(wèn)，但 synchronized 粒度有些大，在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)存在諸多局限性，比如響應(yīng)中斷等。Lock 提供了比 synchronized更廣泛的鎖操作，它能以更優(yōu)雅的方式處理線程同步問(wèn)題。本文以synchronized與Lock的對(duì)比為切入點(diǎn)，對(duì)Java中的Lock框架的枝干部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后給出了鎖的一些相關(guān)概念。
一. synchronized 的局限性 與 Lock 的優(yōu)點(diǎn)
回顧文章《Java 并發(fā)：內(nèi)置鎖 Synchronized》，如果一個(gè)代碼塊被synchronized關(guān)鍵字修飾，當(dāng)一個(gè)線程獲取了對(duì)應(yīng)的鎖，并執(zhí)行該代碼塊時(shí)，其他線程便只能一直等待直至占有鎖的線程釋放鎖。事實(shí)上，占有鎖的線程釋放鎖一般會(huì)是以下三種情況之一：
占有鎖的線程執(zhí)行完了該代碼塊，然后釋放對(duì)鎖的占有；
占有鎖線程執(zhí)行發(fā)生異常，此時(shí)JVM會(huì)讓線程自動(dòng)釋放鎖；
占有鎖線程進(jìn)入 WAITING 狀態(tài)從而釋放鎖，例如在該線程中調(diào)用wait()方法等。
synchronized 是Java語(yǔ)言的內(nèi)置特性，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界資源的同步互斥訪問(wèn)。那么，為什么還會(huì)出現(xiàn)Lock呢？試考慮以下三種情況：
Case 1 ：
在使用synchronized關(guān)鍵字的情形下，假如占有鎖的線程由于要等待IO或者其他原因（比如調(diào)用sleep方法）被阻塞了，但是又沒(méi)有釋放鎖，那么其他線程就只能一直等待，別無(wú)他法。這會(huì)極大影響程序執(zhí)行效率。因此，就需要有一種機(jī)制可以不讓等待的線程一直無(wú)期限地等待下去（比如只等待一定的時(shí)間 (解決方案：tryLock(long time, TimeUnit unit)) 或者 能夠響應(yīng)中斷 (解決方案：lockInterruptibly())），這種情況可以通過(guò) Lock 解決。
Case 2 ：
我們知道，當(dāng)多個(gè)線程讀寫文件時(shí)，讀操作和寫操作會(huì)發(fā)生沖突現(xiàn)象，寫操作和寫操作也會(huì)發(fā)生沖突現(xiàn)象，但是讀操作和讀操作不會(huì)發(fā)生沖突現(xiàn)象。但是如果采用synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)同步的話，就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)多個(gè)線程都只是進(jìn)行讀操作時(shí)，也只有一個(gè)線程在可以進(jìn)行讀操作，其他線程只能等待鎖的釋放而無(wú)法進(jìn)行讀操作。因此，需要一種機(jī)制來(lái)使得當(dāng)多個(gè)線程都只是進(jìn)行讀操作時(shí)，線程之間不會(huì)發(fā)生沖突。同樣地，Lock也可以解決這種情況 (解決方案：ReentrantReadWriteLock) 。
Case 3 ：
我們可以通過(guò)Lock得知線程有沒(méi)有成功獲取到鎖 (解決方案：ReentrantLock) ，但這個(gè)是synchronized無(wú)法辦到的。
上面提到的三種情形，我們都可以通過(guò)Lock來(lái)解決，但 synchronized 關(guān)鍵字卻無(wú)能為力。事實(shí)上，Lock 是 java.util.concurrent.locks包 下的接口，Lock 實(shí)現(xiàn)提供了比 synchronized 關(guān)鍵字 更廣泛的鎖操作，它能以更優(yōu)雅的方式處理線程同步問(wèn)題。也就是說(shuō)，Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點(diǎn)：
1）synchronized是Java的關(guān)鍵字，因此是Java的內(nèi)置特性，是基于JVM層面實(shí)現(xiàn)的。而Lock是一個(gè)Java接口，是基于JDK層面實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)這個(gè)接口可以實(shí)現(xiàn)同步訪問(wèn)；
2）采用synchronized方式不需要用戶去手動(dòng)釋放鎖，當(dāng)synchronized方法或者synchronized代碼塊執(zhí)行完之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讓線程釋放對(duì)鎖的占用；而 Lock則必須要用戶去手動(dòng)釋放鎖，如果沒(méi)有主動(dòng)釋放鎖，就有可能導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象。二. java.util.concurrent.locks包下常用的類與接口
以下是 java.util.concurrent.locks包下主要常用的類與接口的關(guān)系：
1、Lock
通過(guò)查看Lock的源碼可知，Lock 是一個(gè)接口：
下面來(lái)逐個(gè)分析Lock接口中每個(gè)方法。lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit) 和 lockInterruptibly()都是用來(lái)獲取鎖的。unLock()方法是用來(lái)釋放鎖的。newCondition() 返回 綁定到此 Lock 的新的 Condition 實(shí)例 ，用于線程間的協(xié)作，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)文章《Java 并發(fā)：線程間通信與協(xié)作》。
1). lock()
在Lock中聲明了四個(gè)方法來(lái)獲取鎖，那么這四個(gè)方法有何區(qū)別呢？首先，lock()方法是平常使用得最多的一個(gè)方法，就是用來(lái)獲取鎖。如果鎖已被其他線程獲取，則進(jìn)行等待。在前面已經(jīng)講到，如果采用Lock，必須主動(dòng)去釋放鎖，并且在發(fā)生異常時(shí)，不會(huì)自動(dòng)釋放鎖。因此，一般來(lái)說(shuō)，使用Lock必須在try…catch…塊中進(jìn)行，并且將釋放鎖的操作放在finally塊中進(jìn)行，以保證鎖一定被被釋放，防止死鎖的發(fā)生。通常使用Lock來(lái)進(jìn)行同步的話，是以下面這種形式去使用的：
2). tryLock() & tryLock(long time, TimeUnit unit)
tryLock()方法是有返回值的，它表示用來(lái)嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true；如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲取），則返回false，也就是說(shuō)，這個(gè)方法無(wú)論如何都會(huì)立即返回（在拿不到鎖時(shí)不會(huì)一直在那等待）。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過(guò)區(qū)別在于這個(gè)方法在拿不到鎖時(shí)會(huì)等待一定的時(shí)間，在時(shí)間期限之內(nèi)如果還拿不到鎖，就返回false，同時(shí)可以響應(yīng)中斷。如果一開(kāi)始拿到鎖或者在等待期間內(nèi)拿到了鎖，則返回true。
一般情況下，通過(guò)tryLock來(lái)獲取鎖時(shí)是這樣使用的：
3). lockInterruptibly()
lockInterruptibly()方法比較特殊，當(dāng)通過(guò)這個(gè)方法去獲取鎖時(shí)，如果線程 正在等待獲取鎖，則這個(gè)線程能夠 響應(yīng)中斷，即中斷線程的等待狀態(tài)。例如，當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)通過(guò)lock.lockInterruptibly()想獲取某個(gè)鎖時(shí)，假若此時(shí)線程A獲取到了鎖，而線程B只有在等待，那么對(duì)線程B調(diào)用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過(guò)程。
由于lockInterruptibly()的聲明中拋出了異常，所以lock.lockInterruptibly()必須放在try塊中或者在調(diào)用lockInterruptibly()的方法外聲明拋出 InterruptedException，但推薦使用后者，原因稍后闡述。因此，lockInterruptibly()一般的使用形式如下：
注意，當(dāng)一個(gè)線程獲取了鎖之后，是不會(huì)被interrupt()方法中斷的。因?yàn)閕nterrupt()方法只能中斷阻塞過(guò)程中的線程而不能中斷正在運(yùn)行過(guò)程中的線程。因此，當(dāng)通過(guò)lockInterruptibly()方法獲取某個(gè)鎖時(shí)，如果不能獲取到，那么只有進(jìn)行等待的情況下，才可以響應(yīng)中斷的。與 synchronized 相比，當(dāng)一個(gè)線程處于等待某個(gè)鎖的狀態(tài)，是無(wú)法被中斷的，只有一直等待下去。
2、ReentrantLock
ReentrantLock，即 可重入鎖。ReentrantLock是唯一實(shí)現(xiàn)了Lock接口的類，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過(guò)一些實(shí)例學(xué)習(xí)如何使用 ReentrantLock。
例 1 ： Lock 的正確使用
結(jié)果或許讓人覺(jué)得詫異。第二個(gè)線程怎么會(huì)在第一個(gè)線程釋放鎖之前得到了鎖？原因在于，在insert方法中的lock變量是局部變量，每個(gè)線程執(zhí)行該方法時(shí)都會(huì)保存一個(gè)副本，那么每個(gè)線程執(zhí)行到lock.lock()處獲取的是不同的鎖，所以就不會(huì)對(duì)臨界資源形成同步互斥訪問(wèn)。因此，我們只需要將lock聲明為成員變量即可，如下所示。
例 2 ： tryLock() & tryLock(long time, TimeUnit unit)
與 tryLock() 不同的是，tryLock(long time, TimeUnit unit) 能夠響應(yīng)中斷，即支持對(duì)獲取鎖的中斷，但嘗試獲取一個(gè)內(nèi)部鎖的操作（進(jìn)入一個(gè) synchronized 塊）是不能被中斷的。如下所示：
例 3 ： 使用 lockInterruptibly() 響應(yīng)中斷
運(yùn)行上述代碼之后，發(fā)現(xiàn) thread2 能夠被正確中斷，放棄對(duì)任務(wù)的執(zhí)行。特別需要注意的是，如果需要正確中斷等待鎖的線程，必須將獲取鎖放在外面（try 語(yǔ)句塊外），然后將 InterruptedException 拋出。如果不這樣做，像如下代碼所示：
注意，上述代碼就將鎖的獲取操作放在try語(yǔ)句塊里，則必定會(huì)執(zhí)行finally語(yǔ)句塊中的解鎖操作。在 準(zhǔn)備獲取鎖的 線程B 被中斷后，再執(zhí)行解鎖操作就會(huì)拋出 IllegalMonitorStateException，因?yàn)樵摼€程并未獲得到鎖卻執(zhí)行了解鎖操作。
3、ReadWriteLock
ReadWriteLock也是一個(gè)接口，在它里面只定義了兩個(gè)方法：
一個(gè)用來(lái)獲取讀鎖，一個(gè)用來(lái)獲取寫鎖。也就是說(shuō)，將對(duì)臨界資源的讀寫操作分成兩個(gè)鎖來(lái)分配給線程，從而使得多個(gè)線程可以同時(shí)進(jìn)行讀操作。下面的 ReentrantReadWriteLock 實(shí)現(xiàn)了 ReadWriteLock 接口。
4、ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多豐富的方法，不過(guò)最主要的有兩個(gè)方法：readLock()和writeLock()用來(lái)獲取讀鎖和寫鎖。下面通過(guò)幾個(gè)例子來(lái)看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。假如有多個(gè)線程要同時(shí)進(jìn)行讀操作的話，先看一下synchronized達(dá)到的效果：
這段程序的輸出結(jié)果會(huì)是，直到線程A執(zhí)行完讀操作之后，才會(huì)打印線程B執(zhí)行讀操作的信息。而改成使用讀寫鎖的話：
我們可以看到，線程A和線程B在同時(shí)進(jìn)行讀操作，這樣就大大提升了讀操作的效率。不過(guò)要注意的是，如果有一個(gè)線程已經(jīng)占用了讀鎖，則此時(shí)其他線程如果要申請(qǐng)寫鎖，則申請(qǐng)寫鎖的線程會(huì)一直等待釋放讀鎖。如果有一個(gè)線程已經(jīng)占用了寫鎖，則此時(shí)其他線程如果申請(qǐng)寫鎖或者讀鎖，則申請(qǐng)的線程也會(huì)一直等待釋放寫鎖。
5、Lock和synchronized的選擇
總的來(lái)說(shuō)，Lock和synchronized有以下幾點(diǎn)不同：
(1) Lock是一個(gè)接口，是JDK層面的實(shí)現(xiàn)；而synchronized是Java中的關(guān)鍵字，是Java的內(nèi)置特性，是JVM層面的實(shí)現(xiàn)；
(2) synchronized 在發(fā)生異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)釋放線程占有的鎖，因此不會(huì)導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象發(fā)生；而Lock在發(fā)生異常時(shí)，如果沒(méi)有主動(dòng)通過(guò)unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現(xiàn)象，因此使用Lock時(shí)需要在finally塊中釋放鎖；
(3) Lock 可以讓等待鎖的線程響應(yīng)中斷，而使用synchronized時(shí)，等待的線程會(huì)一直等待下去，不能夠響應(yīng)中斷；
(4) 通過(guò)Lock可以知道有沒(méi)有成功獲取鎖，而synchronized卻無(wú)法辦到；
(5) Lock可以提高多個(gè)線程進(jìn)行讀操作的效率。
在性能上來(lái)說(shuō)，如果競(jìng)爭(zhēng)資源不激烈，兩者的性能是差不多的。而當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)資源非常激烈時(shí)（即有大量線程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)），此時(shí)Lock的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于synchronized。所以說(shuō)，在具體使用時(shí)要根據(jù)適當(dāng)情況選擇。
三. 鎖的相關(guān)概念介紹
1、可重入鎖
如果鎖具備可重入性，則稱作為 可重入鎖 。像 synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖，可重入性在我看來(lái)實(shí)際上表明了 鎖的分配機(jī)制：基于線程的分配，而不是基于方法調(diào)用的分配。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行到某個(gè)synchronized方法時(shí)，比如說(shuō)method1，而在method1中會(huì)調(diào)用另外一個(gè)synchronized方法method2，此時(shí)線程不必重新去申請(qǐng)鎖，而是可以直接執(zhí)行方法method2。
上述代碼中的兩個(gè)方法method1和method2都用synchronized修飾了。假如某一時(shí)刻，線程A執(zhí)行到了method1，此時(shí)線程A獲取了這個(gè)對(duì)象的鎖，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具備可重入性，此時(shí)線程A需要重新申請(qǐng)鎖。但是，這就會(huì)造成死鎖，因?yàn)榫€程A已經(jīng)持有了該對(duì)象的鎖，而又在申請(qǐng)獲取該對(duì)象的鎖，這樣就會(huì)線程A一直等待永遠(yuǎn)不會(huì)獲取到的鎖。而由于synchronized和Lock都具備可重入性，所以不會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。
2、可中斷鎖
顧名思義，可中斷鎖就是可以響應(yīng)中斷的鎖。在Java中，synchronized就不是可中斷鎖，而Lock是可中斷鎖。
如果某一線程A正在執(zhí)行鎖中的代碼，另一線程B正在等待獲取該鎖，可能由于等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，線程B不想等待了，想先處理其他事情，我們可以讓它中斷自己或者在別的線程中中斷它，這種就是可中斷鎖。在前面演示tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()的用法時(shí)已經(jīng)體現(xiàn)了Lock的可中斷性。
3、公平鎖
公平鎖即 盡量 以請(qǐng)求鎖的順序來(lái)獲取鎖。比如，同是有多個(gè)線程在等待一個(gè)鎖，當(dāng)這個(gè)鎖被釋放時(shí)，等待時(shí)間最久的線程（最先請(qǐng)求的線程）會(huì)獲得該所，這種就是公平鎖。而非公平鎖則無(wú)法保證鎖的獲取是按照請(qǐng)求鎖的順序進(jìn)行的，這樣就可能導(dǎo)致某個(gè)或者一些線程永遠(yuǎn)獲取不到鎖。
在Java中，synchronized就是非公平鎖，它無(wú)法保證等待的線程獲取鎖的順序。而對(duì)于ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock，它默認(rèn)情況下是非公平鎖，但是可以設(shè)置為公平鎖。
看下面兩個(gè)例子：
Case : 公平鎖
Case: 非公平鎖
根據(jù)上面代碼演示結(jié)果我們可以看出（線程數(shù)越多越明顯），在公平鎖案例下，多個(gè)線程在等待一個(gè)鎖時(shí)，一般而言，等待時(shí)間最久的線程（最先請(qǐng)求的線程）會(huì)獲得該鎖。而在非公平鎖例下，則無(wú)法保證鎖的獲取是按照請(qǐng)求鎖的順序進(jìn)行的。
另外， 在ReentrantLock類中定義了很多方法，舉幾個(gè)例子：
isFair() //判斷鎖是否是公平鎖
isLocked() //判斷鎖是否被任何線程獲取了
isHeldByCurrentThread() //判斷鎖是否被當(dāng)前線程獲取了
hasQueuedThreads() //判斷是否有線程在等待該鎖
getHoldCount() //查詢當(dāng)前線程占有l(wèi)ock鎖的次數(shù)
getQueueLength() // 獲取正在等待此鎖的線程數(shù)
getWaitQueueLength(Condition condition) // 獲取正在等待此鎖相關(guān)條件condition的線程數(shù)在ReentrantReadWriteLock中也有類似的方法，同樣也可以設(shè)置為公平鎖和非公平鎖。不過(guò)要記住，ReentrantReadWriteLock并未實(shí)現(xiàn)Lock接口，它實(shí)現(xiàn)的是ReadWriteLock接口。
4.讀寫鎖
讀寫鎖將對(duì)臨界資源的訪問(wèn)分成了兩個(gè)鎖，一個(gè)讀鎖和一個(gè)寫鎖。正因?yàn)橛辛俗x寫鎖，才使得多個(gè)線程之間的讀操作不會(huì)發(fā)生沖突。ReadWriteLock就是讀寫鎖，它是一個(gè)接口，ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口。可以通過(guò)readLock()獲取讀鎖，通過(guò)writeLock()獲取寫鎖。上一節(jié)已經(jīng)演示過(guò)了讀寫鎖的使用方法，在此不再贅述。
