显式锁Lock和内置锁知识整理

末蓝、 2022-09-12 12:47 224阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  （一）基础认识
     *   *  （1）synchronized内置锁的不足之处
         *  （2）锁的几种分类
         *   *  1. 可重入锁和非可重入锁
             *  2. 公平锁与非公平锁
             *  3. 读写锁和排它锁
     *  （二）Lock
     *   *  （1）ReentrantLock
         *  （2）轮询锁与定时锁
         *  （3）可中断的锁获取操作
         *  （4）非块结构的加锁
         *  （5）ReentrantReadWriteLock
         *  （6）Condition的使用以及和Object的监视器比较
         *  （7）synchronized和ReentrantLock的选择
     *  参考

## （一）基础认识 ##

### （1）synchronized内置锁的不足之处 ###

【1】synchronized内置锁无法中断一个正在等待获取锁的线程  
【2】synchronized无法知道线程有没有成功获取到锁  
【3】如果临界区是只读操作，其实可以多线程一起执行，但使用synchronized的话，同一时间只能有一个线程执行。  
【4】synchronized不支持可轮询的、定时的以及中断的锁获取操作

### （2）锁的几种分类 ###

#### 1. 可重入锁和非可重入锁 ####

所谓重入锁，顾名思义。就是支持重新进入的锁，也就是说这个锁支持一个线程对资源重复加锁。  
简单理解：线程A进去一个加锁的方法method1，此时方法内部有调用了加锁的方法method2，它可以重新进入这个锁，不会出现任何异常。

#### 2. 公平锁与非公平锁 ####

这里的“公平”，其实通俗意义来说就是“先来后到”，也就是FIFO。如果对一个锁来说，先对锁获取请求的线程一定会先被满足，后对锁获取请求的线程后被满足，那这个锁就是公平的。反之，那就是不公平的。

一般情况下，非公平锁能提升一定的效率。但是非公平锁可能会发生线程饥饿（有一些线程长时间得不到锁）的情况。所以要根据实际的需求来选择非公平锁和公平锁。

JDK提供的锁默认都是使用非公平锁，选择公平锁需要选择设置。

#### 3. 读写锁和排它锁 ####

synchronized用的锁和ReentrantLock，其实都是“排它锁”。也就是说，这些锁在同一时刻只允许一个线程进行访问。

而读写锁可以再同一时刻允许多个读线程访问。Java提供了ReentrantReadWriteLock类作为读写锁的默认实现，内部维护了两个锁：一个读锁，一个写锁。通过分离读锁和写锁，使得在“读多写少”的环境下，大大地提高了性能。

注意，即使用读写锁，在写线程访问时，所有的读线程和其它写线程均被阻塞。

## （二）Lock ##

### （1）ReentrantLock ###

ReentrantLock是一个非抽象类，它是Lock接口的JDK默认实现，实现了锁的基本功能。从名字上看，它是一个”可重入“锁，从源码上看，它内部有一个抽象类Sync，是继承了AQS，自己实现的一个同步器。同时，ReentrantLock内部有两个非抽象类NonfairSync和FairSync，它们都继承了Sync。从名字上看得出，分别是”非公平同步器“和”公平同步器“的意思。这意味着ReentrantLock可以支持”公平锁“和”非公平锁“。默认是非公平锁。

### （2）轮询锁与定时锁 ###

可定时的与轮询的锁获取模式是由tryLock方法实现的，与无条件的锁获取模式相比，它具有更完善的错误恢复机制。

### （3）可中断的锁获取操作 ###

lockInterruptibly方法能够在获得锁的同时保持对中断的响应，并且由于它包含在lock中，因此无需创建其他类型的不可中断阻塞机制。  
当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就是说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

Lock lock =new ReentrantLock();
    
    
        public void test1() throws InterruptedException { 
            lock.lockInterruptibly();
            try { 
                //.....
            }
            finally { 
                lock.unlock();
            }
        }

***【注意】***  
1、由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

2、当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。

3、　　而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。这就是lock相对于synchronized可中断的锁获取操作的特性不同之处。

### （4）非块结构的加锁 ###

使用synchronized锁时，锁的获取和释放操作都是基于代码块的，释放锁的操作总是与获取锁的操作处于同一个代码块中，而不考虑控制权如何退出该代码块。自动的所释放操作简化了对程序的分析，避免了可能的编码错误，但有时候需要更灵活的加锁规则。  
例如类似于ConcurrentHashMap锁分段技术，通过类似的原则来降低链表中锁的粒度，即为每一个链表节点使用一个独立的锁，是不同的线程能独立地对链表的不同部分进行操作。每次的加锁释放锁操作都是只针对于特定节点，这样的方式会在并发操作时效能更好。

### （5）ReentrantReadWriteLock ###

这个类也是一个非抽象类，它是ReadWriteLock接口的JDK默认实现。它与ReentrantLock的功能类似，同样是可重入的，支持非公平锁和公平锁。不同的是，它还支持”读写锁“。

### （6）Condition的使用以及和Object的监视器比较 ###

每个对象都可以用继承自Object的wait/notify方法来实现等待/通知机制。而Condition接口也提供了类似Object监视器的方法，通过与Lock配合来实现等待/通知模式。

那为什么既然有Object的监视器方法了，还要用Condition呢？这里有一个二者简单的对比：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
摘录：《深入浅出Java多线程》

Condition和Object的wait/notify基本相似。其中，Condition的await方法对应的是Object的wait方法，而Condition的signal/signalAll方法则对应Object的notify/notifyAll()。但Condition类似于Object的等待/通知机制的加强版。我们来看看主要的方法：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

### （7）synchronized和ReentrantLock的选择 ###

1：功能层面上，ReentrantLock提供了内置锁synchronized更多的扩展，包括定时的加锁，可中断的锁等待，公平性，非块结构的加锁

2：Java5及以前的版本ReentrantLock的性能是远超synchronized，但是在Java6开始synchronized进行了优化，比如对线程封闭的锁对象的锁消除优化，通过增加锁的粒度来消除内置锁的同步等等方式。Java6之后的版本ReentrantLock的性能略有胜出。

3：与显示锁相比，内置锁仍然具有很大的优势。内置锁开发人员更加熟悉且使用起来更加简单方便。不建议在系统中混合式的使用内置锁和显示锁。Lock锁的危险性比同步机制要高，如果忘记在finally块中调用unlock,那么虽然代码正常运行，但是如果发生问题将很难排查。

4：在Java6之后，仅当内置锁无法满足需求，或者相较于内置锁当前的业务场景更加适用于显示锁，否则更加建议使用内置锁来完成工作。

5：Java未来更可能提升synchronized而不是ReentrantLock的性能，因为synchronized是JVM的内置属性。

## 参考 ##

《深入浅出Java多线程》  
《Java并发编程实战》

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/e25973c2dfc54a228168b15605eb0266.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWldaaGFuZ1l1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220828/b4f2e95588d847948d0790d0e41ad1ed.png