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層面實現(xiàn)了對臨界資源的同步互斥訪問，但 synchronized 粒度有些大，在處理實際問題時存在諸多局限性，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題。本文以synchronized與Lock的對比為切入點，對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

回顧文章《Java 并發(fā)：內(nèi)置鎖 Synchronized》，如果一個代碼塊被synchronized關(guān)鍵字修飾，當(dāng)一個線程獲取了對應(yīng)的鎖，并執(zhí)行該代碼塊時，其他線程便只能一直等待直至占有鎖的線程釋放鎖。事實上，占有鎖的線程釋放鎖一般會是以下三種情況之一：

占有鎖的線程執(zhí)行完了該代碼塊，然后釋放對鎖的占有；

占有鎖線程執(zhí)行發(fā)生異常，此時JVM會讓線程自動釋放鎖；

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語言的內(nèi)置特性，可以輕松實現(xiàn)對臨界資源的同步互斥訪問。那么，為什么還會出現(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，但是又沒有釋放鎖，那么其他線程就只能一直等待，別無他法。這會極大影響程序執(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期限地等待下去（比如只等待一定的時間 (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 Lock 解決。

Case 2 ：

我們知道，當(dāng)多個線程讀寫文件時，讀操作和寫操作會發(fā)生沖突現(xiàn)象，寫操作和寫操作也會發(fā)生沖突現(xiàn)象，但是讀操作和讀操作不會發(fā)生沖突現(xiàn)象。但是如果采用synchronized關(guān)鍵字實現(xiàn)同步的話，就會導(dǎo)致一個問題，即當(dāng)多個線程都只是進(jìn)行讀操作時，也只有一個線程在可以進(jìn)行讀操作，其他線程只能等待鎖的釋放而無法進(jìn)行讀操作。因此，需要一種機(jī)制來使得當(dāng)多個線程都只是進(jìn)行讀操作時，線程之間不會發(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Lock得知線程有沒有成功獲取到鎖 (解決方案：ReentrantLock) ，但這個是synchronized無法辦到的。

上面提到的三種情形，我們都可以通過Lock來解決，但 synchronized 關(guān)鍵字卻無能為力。事實上，Lock 是 java.util.concurrent.locks包 下的接口，Lock 實現(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題。也就是說，Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點：

1）synchronized是Java的關(guān)鍵字，因此是Java的內(nèi)置特性，是基于JVM層面實現(xiàn)的。而Lock是一個Java接口，是基于JDK層面實現(xiàn)的，通過這個接口可以實現(xiàn)同步訪問；

2）采用synchronized方式不需要用戶去手動釋放鎖，當(dāng)synchronized方法或者synchronized代碼塊執(zhí)行完之后，系統(tǒng)會自動讓線程釋放對鎖的占用；而 Lock則必須要用戶去手動釋放鎖，如果沒有主動釋放鎖，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

通過查看Lock的源碼可知，Lock 是一個接口：

下面來逐個分析Lock接口中每個方法。lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit) 和 lockInterruptibly()都是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。newCondition() 返回 綁定到此 Lock 的新的 Condition 實例 ，用于線程間的協(xié)作，詳細(xì)內(nèi)容見文章《Java 并發(fā)：線程間通信與協(xié)作》。

1). lock()

在Lock中聲明了四個方法來獲取鎖，那么這四個方法有何區(qū)別呢？首先，lock()方法是平常使用得最多的一個方法，就是用來獲取鎖。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，必須主動去釋放鎖，并且在發(fā)生異常時，不會自動釋放鎖。因此，一般來說，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，這個方法無論如何都會立即返回（在拿不到鎖時不會一直在那等待）。

tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區(qū)別在于這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內(nèi)如果還拿不到鎖，就返回false，同時可以響應(yīng)中斷。如果一開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tryLock來獲取鎖時是這樣使用的：

3). lockInterruptibly()

lockInterruptibly()方法比較特殊，當(dāng)通過這個方法去獲取鎖時，如果線程 正在等待獲取鎖，則這個線程能夠 響應(yīng)中斷，即中斷線程的等待狀態(tài)。例如，當(dāng)兩個線程同時通過lock.lockInterruptibly()想獲取某個鎖時，假若此時線程A獲取到了鎖，而線程B只有在等待，那么對線程B調(diào)用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。

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)一個線程獲取了鎖之后，是不會被interrupt()方法中斷的。因為interrupt()方法只能中斷阻塞過程中的線程而不能中斷正在運行過程中的線程。因此，當(dāng)通過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時，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)一個線程處于等待某個鎖的狀態(tài)，是無法被中斷的，只有一直等待下去。

2、ReentrantLock

ReentrantLock，即 可重入鎖。ReentrantLock是唯一實現(xiàn)了Lock接口的類，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過一些實例學(xué)習(xí)如何使用 ReentrantLock。

例 1 ： Lock 的正確使用

結(jié)果或許讓人覺得詫異。第二個線程怎么會在第一個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，每個線程執(zhí)行該方法時都會保存一個副本，那么每個線程執(zhí)行到lock.lock()處獲取的是不同的鎖，所以就不會對臨界資源形成同步互斥訪問。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，即支持對獲取鎖的中斷，但嘗試獲取一個內(nèi)部鎖的操作（進(jìn)入一個 synchronized 塊）是不能被中斷的。如下所示：

例 3 ： 使用 lockInterruptibly() 響應(yīng)中斷

運行上述代碼之后，發(fā)現(xiàn) thread2 能夠被正確中斷，放棄對任務(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語句塊里，則必定會執(zhí)行finally語句塊中的解鎖操作。在 準(zhǔn)備獲取鎖的 線程B 被中斷后，再執(zhí)行解鎖操作就會拋出 IllegalMonitorStateException，因為該線程并未獲得到鎖卻執(zhí)行了解鎖操作。

3、ReadWriteLock

ReadWriteLock也是一個接口，在它里面只定義了兩個方法：

一個用來獲取讀鎖，一個用來獲取寫鎖。也就是說，將對臨界資源的讀寫操作分成兩個鎖來分配給線程，從而使得多個線程可以同時進(jìn)行讀操作。下面的 ReentrantReadWriteLock 實現(xiàn)了 ReadWriteLock 接口。

4、ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多豐富的方法，不過最主要的有兩個方法：readLock()和writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。下面通過幾個例子來看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。假如有多個線程要同時進(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)果會是，直到線程A執(zhí)行完讀操作之后，才會打印線程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在同時進(jìn)行讀操作，這樣就大大提升了讀操作的效率。不過要注意的是，如果有一個線程已經(jīng)占用了讀鎖，則此時其他線程如果要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。如果有一個線程已經(jīng)占用了寫鎖，則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程也會一直等待釋放寫鎖。

5、Lock和synchronized的選擇

總的來說，Lock和synchronized有以下幾點不同：

(1) Lock是一個接口，是JDK層面的實現(xiàn)；而synchronized是Java中的關(guān)鍵字，是Java的內(nèi)置特性，是JVM層面的實現(xiàn)；

(2) synchronized 在發(fā)生異常時，會自動釋放線程占有的鎖，因此不會導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象發(fā)生；而Lock在發(fā)生異常時，如果沒有主動通過unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現(xiàn)象，因此使用Lock時需要在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，等待的線程會一直等待下去，不能夠響應(yīng)中斷；

(4) 通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖，而synchronized卻無法辦到；

(5) Lock可以提高多個線程進(jìn)行讀操作的效率。

在性能上來說，如果競爭資源不激烈，兩者的性能是差不多的。而當(dāng)競爭資源非常激烈時（即有大量線程同時競爭），此時Lock的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于synchronized。所以說，在具體使用時要根據(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，可重入性在我看來實際上表明了 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。舉個簡單的例子，當(dāng)一個線程執(zhí)行到某個synchronized方法時，比如說method1，而在method1中會調(diào)用另外一個synchronized方法method2，此時線程不必重新去申請鎖，而是可以直接執(zhí)行方法method2。

上述代碼中的兩個方法method1和method2都用synchronized修飾了。假如某一時刻，線程A執(zhí)行到了method1，此時線程A獲取了這個對象的鎖，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具備可重入性，此時線程A需要重新申請鎖。但是，這就會造成死鎖，因為線程A已經(jīng)持有了該對象的鎖，而又在申請獲取該對象的鎖，這樣就會線程A一直等待永遠(yuǎn)不會獲取到的鎖。而由于synchronized和Lock都具備可重入性，所以不會發(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，可能由于等待時間過長，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 以請求鎖的順序來獲取鎖。比如，同是有多個線程在等待一個鎖，當(dāng)這個鎖被釋放時，等待時間最久的線程（最先請求的線程）會獲得該所，這種就是公平鎖。而非公平鎖則無法保證鎖的獲取是按照請求鎖的順序進(jìn)行的，這樣就可能導(dǎo)致某個或者一些線程永遠(yuǎn)獲取不到鎖。

在Java中，synchronized就是非公平鎖，它無法保證等待的線程獲取鎖的順序。而對于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，多個線程在等待一個鎖時，一般而言，等待時間最久的線程（最先請求的線程）會獲得該鎖。而在非公平鎖例下，則無法保證鎖的獲取是按照請求鎖的順序進(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。不過要記住，ReentrantReadWriteLock并未實現(xiàn)Lock接口，它實現(xiàn)的是ReadWriteLock接口。

4.讀寫鎖

讀寫鎖將對臨界資源的訪問分成了兩個鎖，一個讀鎖和一個寫鎖。正因為有了讀寫鎖，才使得多個線程之間的讀操作不會發(fā)生沖突。ReadWriteLock就是讀寫鎖，它是一個接口，ReentrantReadWriteLock實現(xiàn)了這個接口。可以通過readLock()獲取讀鎖，通過writeLock()獲取寫鎖。上一節(jié)已經(jīng)演示過了讀寫鎖的使用方法，在此不再贅述。