简介
Lock 以更强大灵活的方式，作为了 synchronized 锁的替代品。
相比较 synchronized，Lock 有如下优势：
- 可以尝试获取锁，线程不必一直等待；
- 可以判断锁状态；
- 支持公平锁。
- 可以通过读锁、写锁提升锁效率。
- ...
功能
1、Lock
Lock 接口源码有如下方法：
public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
}
这些方法的用途如下。
| 方法 | 用途 |
|---|---|
lock() |
获取锁，锁不可用则线程休眠。 |
lockInterruptibly() |
同 lock()，区别是可以响应中断。 |
tryLock() |
尝试获取锁，锁可用则获取后立即返回 true，不可用则立即返回 false。 |
tryLock(long time, TimeUnit unit) |
限定时间内尝试获取锁。有俩种情况返回 false：1.响应中断；2.超时。 |
unlock() |
释放锁。 |
newCondition() |
用于 Lock 加锁线程的等待和唤醒操作，后面会详细说明。 |
2、ReentrantLock
ReentrantLock 是排他锁，即同一时刻只允许一个线程访问。
ReentrantLock 的方法有很多，详情可以参考官方文档，这里不一一介绍了。
利用 ReentrantLock 可以实现如下简单加锁：
Lock lock = new ReentrantLock();
private void method() {
lock.lock();
try {
// do sth
} finally {
lock.unlock();
}
}
公平锁和非公平锁
顾名思义，公平锁即线程执行按照先进先出的原则。
在 ReentrantLock 构造函数中传入 true 以启用公平锁。
3、Condition
类似于 synchronized 配合 wait()/notify()/notifyAll() 实现等待唤醒，Lock 依赖 Condition 实现上述操作。
相比 synchronized，Lock 支持创建多个 Condition，从而可以根据需要按组将线程等待或唤醒（即可以唤醒指定线程），更加灵活。
4、代码示例
synchronized 一节中，我们利用 synchronized 关键字实现了俩线程交替执行、多线程顺序执行，所以这里将利用 Lock 实现这俩个功能。
1、俩线程交替执行。
直接上代码。
private static class InTurnThread extends Thread {
private Lock lock;
private Condition condition;
public InTurnThread(Lock lock, Condition condition) {
this.lock = lock;
this.condition = condition;
}
@Override
public void run() {
super.run();
lock.lock();
try {
// 交替运行
while (true) {
// todo sth 你的业务逻辑
condition.signalAll();
Thread.sleep(1000); //这里为了方便测试 暂停1s
condition.await();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
执行：
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
Thread inTurnThreadA = new InTurnThread(lock, condition);
Thread inTurnThreadB = new InTurnThread(lock, condition);
inTurnThreadA.start();
inTurnThreadB.start();
2、多线程顺序执行
照旧。
private static class OrderThread extends Thread {
private Lock lock;
private Condition condition;
private OrderThread next;
public OrderThread(Lock lock, OrderThread next) {
this.lock = lock;
this.condition = lock.newCondition();
this.next = next;
}
@Override
public void run() {
super.run();
lock.lock();
try {
while (true) {
// todo sth 你的业务逻辑
next.condition.signal();
Thread.sleep(1000); // 为了方便测试 暂停1s
condition.await();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void setNext(OrderThread next) {
this.next = next;
}
}
乍一看没什么问题，但是上述代码是错误的。
分析一下，假如现在有 A、B、C 三个线程，它的执行顺序可能是怎样的。
- A 启动，执行
next.condition.signal()时，因为第二个线程还没有进入锁并await()，所以无效。此时 B、C 都有机会先获得锁。 - 假如 C 先获得了锁，则执行
next.condition.signal()时，因为 A 已经await()，所以此时 A 被唤醒。此时 A、B 都有机会获得锁执行。 - 继续，假如 B 运气好，终于轮到它获得锁了，此时 B 执行
next.condition.signal()，C 被唤醒。此时 A（上次没执行）、C 都有机会获得锁执行。
到这儿相信都看出来了，总有俩个线程处于抢占锁状态，顺序不确定。究其原因，就是因为线程初次获取锁时，顺序随机，导致错误的唤醒了线程。
Java 锁机制详解（一）synchronized 一节讲过顺序执行线程，它是如何避免问题的呢？
回顾下代码：
private class OrderInTurnThread extends Thread {
private int order;
public OrderInTurnThread(int order) {
this.order = order;
}
@Override
public void run() {
super.run();
synchronized (lock) {
while (!isStop) {
// 符合条件 执行后 唤醒其它所有等待线程
if (flag % THREAD_COUNT == order) {
msg.in(order + "");
flag++;
lock.notifyAll();
}
// 不符合条件 或 符合条件执行完毕 进入等待 交给下个线程执行
try {
Thread.sleep(500);
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
lock.notifyAll();
}
msg.in(order + " end");
}
}
可以看到，虽然 lock.notifyAll() 唤醒了全部线程，但是错误的线程即使抢占到了锁，也会立即休眠。
所以 Lock 也可以参考类似实现，下面的例子以 ArrayList 添加次序为序，依次执行线程。
private static class OrderInTurnThread extends Thread {
private Lock lock;
private Condition condition;
private OrderManager manager;
public OrderInTurnThread(Lock lock, OrderManager manager) {
this.lock = lock;
this.condition = lock.newCondition();
this.manager = manager;
}
@Override
public void run() {
super.run();
lock.lock();
try {
while (true) {
// 判断是不是轮到当前线程执行
if (manager.isCurThreadOrder(this)) {
//todo sth 你的业务逻辑
manager.next().condition.signal();
Thread.sleep(1000); // 为了方便测试 暂停1s
}
condition.await();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
private static class OrderManager {
private List<OrderInTurnThread> threads = new ArrayList<>();
private int curIndex = 0;
private OrderInTurnThread curThread;
public void add(OrderInTurnThread thread) {
threads.add(thread);
}
/**
* 找到顺序添加的下一个OrderInTurnThread
*/
public OrderInTurnThread next() {
curThread = threads.get(++curIndex % threads.size());
return curThread;
}
/**
* 遍历开启线程
*/
public void start() {
if (threads.isEmpty()) {
return;
}
curThread = threads.get(curIndex);
for (OrderInTurnThread thread : threads) {
thread.start();
}
}
/**
* 是否轮到当前线程执行
*/
public boolean isCurThreadOrder(OrderInTurnThread thread) {
if (curThread == thread) {
return true;
}
return false;
}
}
执行：
OrderManager manager = new OrderManager();
OrderInTurnThread threadA = new OrderInTurnThread(lock, manager);
threadA.setName("A");
OrderInTurnThread threadB = new OrderInTurnThread(lock, manager);
threadB.setName("B");
OrderInTurnThread threadC = new OrderInTurnThread(lock, manager);
threadC.setName("C");
manager.add(threadA);
manager.add(threadB);
manager.add(threadC);
manager.start();
// 执行顺序为 A、B、C、A、B、C...
现在来分析下修改后的代码，它的执行顺序可能是怎样的：
- A 先启动，执行
next.condition.signal()时，因为第二个线程还没有进入锁并await()，所以无效。此时 B、C 都有机会先获得锁，且新的目标线程为 B。 - 假如 C 先获得了锁，在判断是否是目标线程时未通过，所以直接休眠。此时只有 B 能获取锁。
- 至此顺序执行。
因为限制了序列所对应的线程，所以即使错误的线程先行执行，也会直接休眠。而且相比较 synchronized，Lock 在顺序正式建立起来后，只会唤醒下一个线程，比 notifyAll() 全部唤醒效率更高。
上面只是个例子，代码不够安全健壮请自行忽略...
5、ReentrantReadWriteLock
上面说到 ReentrantLock 是排他锁，同一时刻只允许一个线程访问。
但是存在这种情况：大多数场景下多线程都在读取数据，只有少数场景在写。如果多线程都在读数据时使用排他锁，对于读效率是很低且没有必要的。
ReentrantReadWriteLock 则解决了这个问题。它的原则如下：
- 多个读锁不互斥；
- 读锁写锁互斥；
- 多个写锁互斥；
即允许同时读，但只能有一方写。
ReentrantReadWriteLock 读写锁的使用和 ReentrantLock 类似，比较简单，不赘述了。
总结
Lock 讲的很粗糙，主要是因为现在 synchronized 效率上与 Lock 并无二致，使用 Lock 多数在于一些特殊场景（需要响应中断、或者公平锁的场景），所以只简单阐述，没有深入细节。
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