Java中Lock框架学习笔记

锁在多线程编程中有很重要的作用,synchronized比较常见也很常用，但是Lock提供了更广泛的锁操作，处理多线程同步的问题也更加优雅和灵活，Java从Java SE 5之后在并发包中提供Lock接口。

一、Lock和synchronized的区别和各自的特点

1、类型不同
Lock是一个接口，是JDK层面的实现；synchronized是Java的关键字，是JVM层面的实现，是Java的内置特性；这也造成了在锁管理上的不同。
2、释放锁的方式
Lock是在编码中进行锁的操作，需要主动调用接口中的方法释放锁，所以使用Lock时需要配合try模块，在finally中释放锁，不然一旦发生异常很可能造成死锁现象；synchronized由于是JVM层面的实现，获取锁和释放锁的操作是不可见的，当发生异常时，锁的释放由JVM实现。
3、获取锁的过程
Lock接口中提供的方法，让获取锁的过程更加灵活，编程人员可以方便的在获取锁的过程中进行多种操作，比如尝试获取锁、设置获取锁的超时时间、中断等待获取锁的线程等，应该说让锁的操作变得“丰富多彩”起来；synchronized是无法这么灵活的对锁进行操作的。
4、效率
基于读写锁接口的扩展，Lock可以提高多个线程进行读操作的效率，在大并发量的情况下，效率的提高会尤其明显。

二、Lock应用场景举例

1、解决获取锁的等待问题
如果占有锁的线程A由于各种原因导致阻塞而没有释放锁，此时其他线程B也需要获得该锁。synchronized的机制是让B持续等待，如果A一直没有释放锁，那么B将一直等待，这会很大程度影响执行的效率；而Lock中提供了中断线程等待的方法，也提供了带有超时时间的获取锁的方法，后面会讲到这些方法。
2、读写锁的分离
我们知道，多线程仅仅是执行读操作的话是没有冲突问题的，因而在读操作时的锁没必要是独占的。synchronized实现同步就会导致在读操作时只能有一个线程获得锁，其他线程只能等待锁的释放。Lock中的ReentrantReadWriteLock很好的解决了这个问题。
3、其他锁的操作
如获知当前线程是否成功获得锁等，synchronized是做不到的。

三、Lock接口中的方法

先看一下Lock的源码，它是一个接口：

public interface Lock {    void lock();    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;    boolean tryLock();    boolean tryLock(long var1, TimeUnit var3) throws InterruptedException;    void unlock();    Condition newCondition();}

在介绍每个方法之前，先说明两个注意事项：
1、Lock的实例一般定义为成员变量，如果定义为局部变量，每个线程都会保存一个自己的副本，那么在获取锁的操作时，实际每个线程获取的是不同的锁，无法形成同步互斥访问。
2、获取锁的操作要放在try模块之外，原因是如果放在try模块内的话，当获取锁的操作发生异常会调用finally中的代码释放锁，而此时可能并没有获取锁，就会抛出异常。
接下来看一下每个方法的作用：
1、lock()
特点：发生异常不自动释放锁；如果没有获取到锁会等待；
代码示例：

    private Lock lock = new ......; //创建锁    public void getLock() {        lock.lock(); //获得锁        try {            System.out.print("业务处理"); //任务处理        } catch (Exception e) {        } finally {            lock.unlock(); //释放锁        }    }

2、tryLock()
特点：带有boolean型返回值；无论是否成功获取锁会立即返回不进行等待；

    private Lock lock = new ......; //创建锁    public void getLock() {       if(lock.tryLock()) {           try {               System.out.print("业务处理"); //任务处理           } catch (Exception e) {           } finally {               lock.unlock(); //释放锁           }       } else {           System.out.print("获取锁失败");       }    }

3、tryLock(long time, TimeUnit unit)
特点：可以设置获取锁的等待时间，如tryLock(4, TimeUnit.SECONDS)等待4秒；可以在等待过程中相应中断；
示例代码略，参考tryLock()代码，要注意异常的处理。
4、lockInterruptibly()
特点：当一个使用该方法获取锁的线程没有获取到锁处于阻塞等待状态时，可以调用线程的interrupt()方法中断等待。
示例代码略。

Lock接口有一个实现类ReentrantLock，即可重入锁，除实现Lock接口的方法外，还提供了非常丰富的其他的锁操作方法，如公平锁和非公平锁。

四、读写锁ReadWriteLock

ReadWriteLock是一个接口，接口代码：

public interface ReadWriteLock {    Lock readLock(); //读锁    Lock writeLock(); //写锁}

里面只定义了两个方法，一个获取读锁，一个获得写锁，将资源的锁分开为两个，从而使得资源可以在多线程情境下并发读操作。ReentrantReadWriteLock类实现了ReadWriteLock接口，并提供了更多方法，最主要的还是获取读写锁的方法。读写锁代码示例：

public class LockTest {    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); //创建锁    public static void main(String[] args) {        final LockTest lockTest = new LockTest();        new Thread("A") {            public void run() {                lockTest.getLock(Thread.currentThread());            }        }.start();        new Thread("B") {            public void run() {                lockTest.getLock(Thread.currentThread());            }        }.start();    }    public void getLock(Thread thread) {        lock.readLock().lock(); //获得读锁        try {            System.out.println("线程" + thread.getName() + "获得读锁");            long startTime = System.currentTimeMillis();            while (System.currentTimeMillis() - startTime <= 1) {                System.out.println("线程" + thread.getName() + "进行读操作......");            }        } catch (Exception e) {        } finally {            lock.readLock().unlock();            System.out.println("线程" + thread.getName() + "释放读锁");        }    }}

结果：

五、几种锁的概念介绍

1、可重入锁
具备可重入性的锁，即为可重入锁，比如synchronized和ReentrantLock都是。锁基于线程分配，当某个线程获得了锁去执行某个方法，方法中如果再次需要获取锁资源时，当前线程可以直接获得锁，不必重新申请。
2、可中断锁
可以响应中断的锁。synchronized不是可中断锁，但是Lock是可中断锁。
3、公平锁
尽量按照请求锁的顺序获得锁。synchronized是非公平锁，ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock提供了设置公平锁的方法，不过默认为非公平锁。非公平锁可能导致某些线程永远获取不到锁。
4、读写锁
将对资源的锁分为两个，一个读锁和一个写锁，使得多个线程之间的读操作不会发生冲突可以并行，这极大的提高了读的效率。不过读锁和写锁、写锁和写锁之间都是互斥的。