Java显式锁

Java显式锁是为了解决Java内置锁的功能问题、性能问题而生的。JDK 5版本引入了Lock接口，Lock是Java代码级别的锁。为了与Java内置锁相区分，Lock接口叫作显式锁接口，其对象实例叫做显式锁对象。

1、显式锁与内置锁的区别

（1）可中断获取锁

使用synchronized关键字获取锁的时候，如果线程没有获取到被阻塞，阻塞期间该线程是不响应中断信号（interrupt）的；而调用Lock.lockInterruptibly()方法获取锁时，如果线程被中断，线程将抛出中断异常。

（2）可非阻塞获取锁

使用synchronized关键字获取锁时，如果没有成功获取，线程只有被阻塞；而调用Lock.tryLock()方法获取锁时，如果没有获取成功，线程也不会被阻塞，而是直接返回false。

（3）可限时抢锁

调用Lock.tryLock(long time,TimeUnit unit)方法，显式锁可以设置限定抢占锁的超时时间。而在使用synchronized关键字获取锁时，如果不能抢到锁，线程只能无限制阻塞。

2、显式锁的分类

显式锁有很多种，从不同的角度来看，显式锁大概有以下几种分类：可重入锁和不可重入锁、悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、共享锁和独占锁、可中断锁和不可中断锁。

（1）可重入锁和不可重入锁

从同一个线程是否可以重复占有同一个锁对象的角度来分，显式锁可以分为可重入锁与不可重入锁。

可重入锁也叫作递归锁，指的是一个线程可以多次抢占同一个锁。例如，线程A在进入外层函数抢占了一个Lock显式锁之后，当线程A继续进入内层函数时，如果遇到有抢占同一个Lock显式锁的代码，线程A依然可以抢到该Lock显式锁。

可重入锁也叫作递归锁，指的是一个线程可以多次抢占同一个锁。例如，线程A在进入外层函数抢占了一个Lock显式锁之后，当线程A继续进入内层函数时，如果遇到有抢占同一个Lock显式锁的代码，线程A依然可以抢到该Lock显式锁。

JUC的ReentrantLock类是可重入锁的一个标准实现类。

（2）悲观锁和乐观锁

从线程进入临界区前是否锁住同步资源的角度来分，显式锁可以分为悲观锁和乐观锁。

悲观锁就是悲观思想，每次进入临界区操作数据的时候都认为别的线程会修改，所以线程每次在读写数据时都会上锁，锁住同步资源，这样其他线程需要读写这个数据时就会阻塞，一直等到拿到锁。总体来说，悲观锁适用于写多读少的场景，遇到高并发写时性能高。

Java的synchronized重量级锁是一种悲观锁。

乐观锁是一种乐观思想，每次去拿数据的时候都认为别的线程不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，采取在写时先读出当前版本号，然后加锁操作（比较跟上一次的版本号，如果一样就更新），如果失败就要重复读-比较-写的操作。总体来说，乐观锁适用于读多写少的场景，遇到高并发写时性能低。

Java中的乐观锁基本都是通过CAS自旋操作实现的。

（3）公平锁和非公平锁

公平锁是指不同的线程抢占锁的机会是公平的、平等的，从抢占时间上来说，先对锁进行抢占的线程一定被先满足，抢锁成功的次序体现为FIFO（先进先出）顺序。简单来说，公平锁就是保障各个线程获取锁都是按照顺序来的，先到的线程先获取锁。

使用公平锁，比如线程A、B、C、D依次去获取锁，线程A首先获取到了锁，然后它处理完成释放锁之后，会唤醒下一个线程B去获取锁。后续不断重复前面的过程，线程C、D依次获取锁。

非公平锁是指不同的线程抢占锁的机会是非公平的、不平等的，从抢占时间上来说，先对锁进行抢占的线程不一定被先满足，抢锁成功的次序不会体现为FIFO（先进先出）顺序。

使用公平锁，比如线程A、B、C、D依次去获取锁，假如此时持有锁的是线程A，然后线程B、C、D尝试获取锁，就会进入一个等待队列。当线程A释放掉锁之后，会唤醒下一个线程B去获取锁。在唤醒线程B的这个过程中，如果有别的线程E尝试去请求锁，那么线程E是可以先获取到的，这就是插队。为什么线程E可以插队呢？因为CPU唤醒线程B需要进行线程的上下文切换，这个操作需要一定的时间，线程E可能与线程A、B不在同一个CPU内核上执行，而是在其他的内核上执行，所以不需要进行线程的上下文切换。在线程A释放锁和线程B被唤醒的这段时间，锁是空闲的，其他内核上的线程E此时就能趁机获取非公平锁，这样做的目的主要是利用锁的空档期，提高其利用效率。

默认情况下，ReentrantLock实例是非公平锁，但是，如果在实例构造时传入了参数true，所得到的锁就是公平锁。

（4）可中断锁和不可中断锁

什么是可中断锁？如果某一线程A正占有锁在执行临界区代码，另一线程B正在阻塞式抢占锁，可能由于等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己的阻塞等待，这种就是可中断锁。

什么是不可中断锁？一旦这个锁被其他线程占有，如果自己还想抢占，只能选择等待或者阻塞，直到别的线程释放这个锁，如果别的线程永远不释放锁，那么自己只能永远等下去，并且没有办法终止等待或阻塞。

简单来说，在抢锁过程中能通过某些方法终止抢占过程，这就是可中断锁，否则就是不可中断锁。

Java的synchronized内置锁就是一个不可中断锁，而ReentrantLock实例是一个可中断锁。

（5）共享锁和独占锁

独占锁指的是每次只有一个线程能持有的锁。独占锁是一种悲观保守的加锁策略，它不必要地限制了读/读竞争，如果某个只读线程获取锁，那么其他的读线程都只能等待，这种情况下就限制了读操作的并发性，因为读操作并不会影响数据的一致性。

JUC的ReentrantLock类是一个标准的独占锁实现类。

共享锁允许多个线程同时获取锁，容许线程并发进入临界区。与独占锁不同，共享锁是一种乐观锁，它放宽了加锁策略，并不限制读/读竞争，允许多个执行读操作的线程同时访问共享资源。

JUC的ReentrantReadWriteLock类是一个共享锁实现类。