Java线程之Lock实现锁的管理

1. 两个通用类

ReentrantLock类和ReentrantReadWriteLock类。

2. 作用与区别

• 都可以实现类似synchronized关键字的功能，通过lock()方法和unlock()方法实现锁的获取与释放。
• 不同点在于ReentrantLock具有完全互斥排他的效果，即同一时间只有一个线程在执行ReentrantLock.lock()方法后面的任务，不管执行的内容是否都需要同步执行。而ReentrantReadWriteLock有两个锁，一个是读操作相关的锁，也称为共享锁；另一个是写操作相关的锁，也叫排他锁。
• 读写锁的规则互斥规则为读锁之间不互斥，读锁与写锁互斥（先读后写或先写后读均互斥），写锁与写锁互斥。

3. 公平锁与非公平锁

  锁Lock分为“公平锁”和“非公平锁”，公平锁表示线程获取锁的顺序是按照线程加锁的顺序来分配的，即先来先得的FIFO先进先出顺序。而非公平锁就是一种获取锁的抢占机制，是随机获得锁的，和公平锁不一样的就是先来的不一定先得到锁，这个方式可能造成某些线程一直拿不到锁。
  公平锁/非公平锁可以通过构造器ReentrantLock(boolean isFair)来创建，默认情况下，ReentrantLock类使用的是非公平锁。

4. Lock常用方法

• getHoldCount()
  查询当前线程保持此锁定的个数，也就是调用lock方法的次数。
• getQueueLength()
  返回正等待获取此锁定的线程估计数。
• getWaitQueueLength(Condition condition)
  返回等待与此锁定相关的给定条件Condition的线程估计数。
• hasQueuedThread(Thread thread)
  查询指定的线程是否正在等待获取此锁定。
• hasQueuedThreads()
  查询是否有线程正在等待获取此锁定。
• hasWaiters(Condition condition)
  查询是否有线程正在等待与此锁定有关的condition条件。
• isFair()
  判断是不是公平锁
• isHeldByCurrentThread()
  查询当前线程是否保持此锁定。
• isLocked()
  查询此锁定是否由任意线程保持。
• lockInterruptibly()
  如果当前线程未被中断，则获取锁定，如果已经被中断则出现异常。（如果用lock()，即使线程被中断，也不会出现异常，正常执行）。
• tryLock()
  尝试获取锁，若获取成功，标记下是该线程获取到了锁，然后返回true；若获取失败，此时直接返回false。
• tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
  如果锁定在给定等待时间内没有被另一个线程保持，且当前线程未被中断，则获取该锁定。
• lock()、lockInterruptibly()、tryLock()之间的关系
  
  • 使用lock()获取锁，若获取成功，标记下是该线程获取到了锁（用于锁重入），然后返回。若获取失败，这时跑一个for循环，循环中先将线程阻塞放入等待队列，当被调用signal()时线程被唤醒，这时进行锁竞争（因为默认使用的是非公平锁），如果此时获取到了锁那么就返回，如果没获取到那么再次放入等待队列，等待唤醒，如此循环。其间就算外部调用了interrupt()，循环也会继续走下去。一直到当前线程获取到了这个锁，此时才处理interrupt标志，若有，则执行 Thread.currentThread().interrupt()，结果如何取决于外层的处理。
  • 和lock()相比，lockInterruptibly()只有略微的修改，for循环过程中，如果检测到interrupt标志为true，则立刻抛出InterruptedException异常，这时程序便通过异常直接返回到最外层了，由外层继续处理，因此使用lockInterruptibly()时必须捕捉异常。
  • 使用tryLock()尝试获取锁，若获取成功，标记下是该线程获取到了锁，然后返回true；若获取失败，此时直接返回false，告诉外层没有获取到锁，之后的操作取决于外层。

5. ReentrantLock代码示例

synchronized方法实现

public class MyService {    public void testMethod() {        synchronized (this) {            // 功能代码        }    }}

Lock方法实现

public class MyService {    private Lock lock = new ReentrantLock();    public void testMethod() {        lock.lock();        // 功能代码        lock.unlock();    }}

以上两种实现方式的执行效果是一样的。

6. ReentrantReadWriteLock代码示例

读锁

public class Service {    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();    public void read() {        try {            lock.readLock().lock();            // 业务代码        } finally {            lock.readLock.unlock();        }    }}

写锁

public class Service {    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();    public void write() {        try {            lock.writeLock().lock();            // 业务代码        } finally {            lock.writeLock.unlock();        }    }}

7. 类Condition

• 作用：通过await()方法和signal()方法可以实现等待/通知的功能，类似于Object的wait()和notify()方法，不过使用Condition更灵活，如“选择性通知”。
  
  • Object类中的wait()方法相当于Condition类中的await()方法。
  • Object类中的wait(long timeout)方法相当于Condition类中的await(long time, TimeUnit unit)方法。
  • Object类中的notify()方法相当于Condition类中的signal()方法。
  • Object类中的notifyAll()方法相当于Condition类中的signalAll()方法。
• 创建方式：

Lock lock = new ReentrantLock();Condition condition = lock.newCondition();

• 注意事项：在condition.await()和condition.signal()方法调用之前需要调用lock.lock()代码获得同步监视器。

8. Condition常用方法

• awaitUninterruptibly()
  类似await()，不过在等待过程中被中断时不抛中断异常。
• awaitUntil(Date deadLine)
  类似await()，不过在等待时间到达后，如果可获取到锁，则自动唤醒。在等待时间到达前，也可以被其他线程唤醒。