深刻理解Java內置鎖和顯式鎖

synchronized and Reentrantlock

多線程編程中，當代碼須要同步時咱們會用到鎖。Java爲咱們提供了內置鎖(synchronized)和顯式鎖(ReentrantLock)兩種同步方式。顯式鎖是JDK1.5引入的，這兩種鎖有什麼異同呢？是僅僅增長了一種選擇仍是另有其因？本文爲您一探究竟。

內置鎖

Java內置鎖經過synchronized關鍵字使用，使用其修飾方法或者代碼塊，就能保證方法或者代碼塊以同步方式執行。使用起來很是近簡單，就像下面這樣：

// synchronized關鍵字用法示例
public synchronized void add(int t){// 同步方法
    this.v += t;
}

public static synchronized void sub(int t){// 同步靜態方法
    value -= t;
}
public int decrementAndGet(){
    synchronized(obj){// 同步代碼塊
        return --v;
    }
}

這就是內置鎖的所有用法，你已經學會了。

內置鎖使用起來很是方便，不須要顯式的獲取和釋放，任何一個對象都能做爲一把內置鎖。使用內置鎖可以解決大部分的同步場景。「任何一個對象都能做爲一把內置鎖」也意味着出現synchronized關鍵字的地方，都有一個對象與之關聯，具體說來：

• 當synchronized做用於普通方法是，鎖對象是this；
• 當synchronized做用於靜態方法是，鎖對象是當前類的Class對象；
• 當synchronized做用於代碼塊時，鎖對象是synchronized(obj)中的這個obj。

顯式鎖

內置鎖這麼好用，爲何還需多出一個顯式鎖呢？由於有些事情內置鎖是作不了的，好比：

1. 咱們想給鎖加個等待時間超時時間，超時還未得到鎖就放棄，不至於無限等下去；
2. 咱們想以可中斷的方式獲取鎖，這樣外部線程給咱們發一箇中斷信號就能喚起等待鎖的線程；
3. 咱們想爲鎖維持多個等待隊列，好比一個生產者隊列，一個消費者隊列，一邊提升鎖的效率。

顯式鎖(ReentrantLock)正式爲了解決這些靈活需求而生。ReentrantLock的字面意思是可重入鎖，可重入的意思是線程能夠同時屢次請求同一把鎖，而不會本身致使本身死鎖。下面是內置鎖和顯式鎖的區別：

• 可定時：RenentrantLock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit)提供了一種以定時結束等待的方式，若是線程在指定的時間內沒有得到鎖，該方法就會返回false並結束線程等待。

• 可中斷：你必定見過InterruptedException，不少跟多線程相關的方法會拋出該異常，這個異常並非一個缺陷致使的負擔，而是一種必須，或者說是一件好事。可中斷性給咱們提供了一種讓線程提早結束的方式（而不是非得等到線程執行結束），這對於要取消耗時的任務很是有用。對於內置鎖，線程拿不到內置鎖就會一直等待，除了獲取鎖沒有其餘辦法可以讓其結束等待。RenentrantLock.lockInterruptibly()給咱們提供了一種以中斷結束等待的方式。

• 條件隊列(condition queue)：線程在獲取鎖以後，可能會因爲等待某個條件發生而進入等待狀態（內置鎖經過Object.wait()方法，顯式鎖經過Condition.await()方法），進入等待狀態的線程會掛起並自動釋放鎖，這些線程會被放入到條件隊列當中。synchronized對應的只有一個條件隊列，而ReentrantLock能夠有多個條件隊列，多個隊列有什麼好處呢？請往下看。

• 條件謂詞：線程在獲取鎖以後，有時候還須要等待某個條件知足才能作事情，好比生產者須要等到「緩存不滿」才能往隊列裏放入消息，而消費者須要等到「緩存非空」才能從隊列裏取出消息。這些條件被稱做條件謂詞，線程須要先獲取鎖，而後判斷條件謂詞是否知足，若是不知足就不往下執行，相應的線程就會放棄執行權並自動釋放鎖。使用同一把鎖的不一樣的線程可能有不一樣的條件謂詞，若是隻有一個條件隊列，當某個條件謂詞知足時就沒法判斷該喚醒條件隊列裏的哪個線程；可是若是每一個條件謂詞都有一個單獨的條件隊列，當某個條件知足時咱們就知道應該喚醒對應隊列上的線程（內置鎖經過Object.notify()或者Object.notifyAll()方法喚醒，顯式鎖經過Condition.signal()或者Condition.signalAll()方法喚醒）。這就是多個條件隊列的好處。

使用內置鎖時，對象自己既是一把鎖又是一個條件隊列；使用顯式鎖時，RenentrantLock的對象是鎖，條件隊列經過RenentrantLock.newCondition()方法獲取，屢次調用該方法能夠獲得多個條件隊列。

一個使用顯式鎖的典型示例以下：

// 顯式鎖的使用示例
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

// 獲取鎖，這是跟synchronized關鍵字對應的用法。
lock.lock();
try{
    // your code
}finally{
    lock.unlock();
}

// 可定時，超過指定時間爲獲得鎖就放棄
try {
    lock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS);
    try {
        // your code
    }finally {
        lock.unlock();
    }
} catch (InterruptedException e1) {
    // exception handling
}

// 可中斷，等待獲取鎖的過程當中線程線程可被中斷
try {
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        // your code
    }finally {
        lock.unlock();
    }
} catch (InterruptedException e) {
    // exception handling
}

// 多個等待隊列，具體參考[ArrayBlockingQueue](https://github.com/CarpenterLee/JCRecipes/blob/master/markdown/ArrayBlockingQueue.md)
/** Condition for waiting takes */
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
/** Condition for waiting puts */
private final Condition notFull = lock.newCondition();

注意，上述代碼將unlock()放在finally塊裏，這麼作是必需的。顯式鎖不像內置鎖那樣會自動釋放，使用顯式鎖必定要在finally塊中手動釋放，若是獲取鎖後因爲異常的緣由沒有釋放鎖，那麼這把鎖將永遠得不到釋放！將unlock()放在finally塊中，保證不管發生什麼都可以正常釋放。

結論

內置鎖可以解決大部分須要同步的場景，只有在須要額外靈活性是才須要考慮顯式鎖，好比可定時、可中斷、多等待隊列等特性。

顯式鎖雖然靈活，可是須要顯式的申請和釋放，而且釋放必定要放到finally塊中，不然可能會由於異常致使鎖永遠沒法釋放！這是顯式鎖最明顯的缺點。

綜上，當須要同步時請優先考慮更安全的更易用的隱式鎖。

參考文獻

https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/locks/ReentrantLock.html