JDK併發包溫故知新系列（五）—— 顯式鎖與顯式條件

顯式鎖-Lock與ReadWriteLock

JDK針對Lock的主要實現是ReentrantLock，ReadWriteLock實現是ReentrantReadWriteLock。本文主要介紹ReentrantLock。

ReentrantReadWriteLock

兩把鎖共享一個等待隊列，兩把鎖的狀態都由一個原子變量表示，特有的獲取鎖和釋放鎖邏輯。

ReentrantReadWriteLock的基本原理：

• 讀鎖的獲取,只要求寫鎖沒有被線程持有就能夠獲取，檢查等待隊列，逐個喚醒等待讀鎖線程，遇到等待寫鎖線程則中止.
• 讀鎖的釋放,釋放後，檢查寫鎖和讀鎖是否被持有，若都沒有被持有則喚醒下一個等待線程.
• 寫鎖的獲取,只有讀寫鎖都未被持有才會獲取寫鎖。
• 寫鎖的釋放，喚醒等待隊列的下一個線程。

ReentrantLock

主要方法

• void lock();獲取鎖，阻塞，不響應中斷，但會記錄中斷標誌位。
• void lockInterruptibly() throws InterruptedException;獲取鎖，響應中斷
• boolean tryLock();獲取鎖，不阻塞，實時返回，通常需循環調用
• boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;在time的時間內阻塞獲取鎖，響應中斷
• void unlock();釋放鎖
• Condition newCondition();新建顯式條件

注： 這裏的響應中斷意思是若被其餘線程中斷（調用interrupt方法）會拋出InterruptedException異常。

原理支持

1. 依賴CAS方法,可重入實現用的計數就是用的原子變量。
2. 依賴LockSupport中的方法:

• public static void park()：放棄CPU執行權，CPU不在進行調度，響應中斷，當有中斷髮生時，park會返回，線程中斷狀態會被設置，另外park也有可能平白無故的返回，因此通常須要循環檢查park的等待條件是否知足。。
• public static void parkNanos(long nanos)：在nanos納秒內放棄CPU執行權
• public static void parkUntil(long deadline)：放棄執行權直到deadline時間（距離1970年毫秒數）。
• public static void unpark(Thread thread)：從新恢復線程，讓其爭奪CPU執行權。

實現基礎AQS

AQS-AbstractQueuedSynchronizer（抽象隊列同步器）。

ReadWriteLock在內部注入了AbstractQueuedSynchronizer，上鎖和釋放鎖核心方法都在AQS類當中，AQS維護了兩個核心變量，一個是state（當前可重入計數，初始值爲0），一個是exclusiveOwnerThread（當前持有鎖的線程Thread對象）。另外還維護了一個鎖等待隊列。

ReentrantLock構造方法傳入的boolean值ture爲公平鎖，false爲不公平鎖。以不公平鎖爲例先講一下上鎖和釋放鎖的原理：

上鎖

1. 若是當前鎖狀態爲0（未被鎖），則使用CAS得到鎖，並設置當前鎖內的線程爲本身。
2. 若是不爲0，且持有鎖的線程不是本身，則添加到隊列尾部，並調用LockSupport中的park()方法放棄CPU執行權。直到當鎖被釋放的時候被喚醒，被喚醒後檢查本身是不是第一個等待的線程，若是是且能得到鎖，則返回，不然繼續等待，這個過程當中若是發生了中斷，lock會記錄中斷標誌位，但不會提早返回或拋出異常。
3. 若是不爲0，但持有鎖線程是本身，則直接將state加1。

釋放鎖

就是將AQS內的state變量的值遞減1，若是state值爲0，則完全釋放鎖，會將「加鎖線程」變量也設置爲null，同時喚醒等待隊列中的第一個線程。

公平鎖

爲何說上面的是不公平鎖，釋放鎖時不是喚醒隊列中第一個線程嗎？爲何還會出現不公平的狀況了，緣由在於若是恰好釋放鎖，此時有一個線程進來嘗試獲取鎖，可能會存在插隊的狀況。

公平鎖原理

構造方法bollean傳入true則表明的是公平鎖，在獲取鎖方法中多了一個檢查，意義是隻有不存在其餘等待時間更長的線程，它纔會嘗試獲取鎖。對比不公平鎖，其總體性能比較低，低的緣由不是這個檢查慢，而是會讓活躍線程得不到鎖，進入等待狀態，引發上下文切換，下降了總體的效率，

與synchrnized的區別

• tryLock可避免死鎖形成的無限等待
• 擁有獲取鎖信息方法的各類API
• 能夠響應中斷
• 能夠限時

建議： synchronized之前的效率不如顯式鎖，但如今的版本二者效率上幾乎沒有區別，因此建議能用synchronized就用synchronized，須要實現synchronized辦不到的需求如以上區別時，再考慮ReentrantLock。

顯示條件

什麼是顯示條件

與wait和notify對應，用於線程協做，經過Lock的Condition newCondition()方法建立對應顯示鎖的顯示條件;

方法

主要方法是await()和signal()，await()對應於Object的wait()，signal()對應於notify，signalAll()對應於notifyAll()

用法示例

public class WaitThread extends Thread {
    private volatile boolean fire = false;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    @Override
    public void run() {
        try {
            lock.lock();
            try {
                while (!fire) {
                    condition.await();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println("fired");
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.interrupted();
        }
    }

    public void fire() {
        lock.lock();
        try {
            this.fire = true;
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        WaitThread waitThread = new WaitThread();
        waitThread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("fire");
        waitThread.fire();
    }
}

當主線程調用fire方法時，子線程才被喚醒繼續執行。