Java併發讀書筆記：Lock與ReentrantLock

Lock位於java.util.concurrent.locks包下，是一種線程同步機制，就像synchronized塊同樣。可是，Lock比synchronized塊更靈活、更復雜。

話很少說，咱們直接來看官方文檔對Lock接口相關概念及功能的描述，今天又是看英文文檔，翻譯理解的一天。

1、Lock繼承關係

2、官方文檔解讀

3、Lock接口方法解讀

void lock()

獲取鎖。若是鎖不可用，則當前線程將出於線程調度目的而禁用，並處於休眠狀態，直到得到鎖爲止。

void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

若是當前線程未被中斷，則獲取鎖。若是鎖可用，則獲取鎖並當即返回。

若是鎖不可用，出於線程調度目的，將禁用當前線程，該線程將一直處於休眠狀態。

下面兩種情形會讓當前線程中止休眠狀態：

• 鎖由當前線程獲取。

• 其餘一些線程中斷當前線程，而且支持對鎖獲取的中斷。

當前線程出現下面兩種狀況時，將拋出InterruptedException，並清除當前線程的中斷狀態。

• 當前線程在進入此方法時，已經設置爲中斷狀態。

• 當前線程在獲取鎖時被中斷，而且支持對鎖獲取中斷。

boolean tryLock();

嘗試獲取鎖，若是鎖處於空閒狀態，則獲取鎖，並當即返回true。若是鎖不可用，則當即返回false。

該方法的典型使用：

Lock lock = ...;
    //確保鎖在被獲取時被解鎖
    if (lock.tryLock()) {
        try {
            // manipulate protected state
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    } else {
        // perform alternative actions
    }

boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws
InterruptedException;

該方法爲tryLock()的重載方法，兩個參數分別表示爲：

• time：等待鎖的最長時間
• unit：時間單位

若是在給定的等待時間內是空閒的而且當前線程沒有被中斷，則獲取鎖。若是鎖可用，則此方法當即獲取鎖並返回true，若是鎖不可用，出於線程調度目的，將禁用當前線程，該線程將一直處於休眠狀態。

下面三種情形會讓當前線程中止休眠狀態：

• 鎖由當前線程獲取。

• 其餘一些線程中斷當前線程，而且支持對鎖獲取的中斷。

• 到了指定的等待時間。

當前線程出現下面兩種狀況時，將拋出InterruptedException，並清除當前線程的中斷狀態。

• 當前線程在進入此方法時，已經設置爲中斷狀態。

• 當前線程在獲取鎖時被中斷，而且支持對鎖獲取中斷。

若是指定的等待時間超時，則返回false值。若是時間小於或等於0，則該方法永遠不會等待。

void unlock()

釋放鎖，與lock()、tryLock()、tryLock(long , TimeUnit)、lockInterruptibly()相對應。

Condition newCondition()

返回綁定到此鎖實例的Condition實例。當前線程只有得到了鎖，才能調用Condition實例的await()方法，並釋放鎖。

4、重要實現類ReentrantLock

顧名思義，ReentrantLock是重入鎖，關於這個重入鎖，以前涉及過一些知識，在這裏作整合，並稍微地補充一下。

ReentrantLock位於java.util.concurrent（J.U.C）包下，是Lock接口的實現類。基本用法與synchronized類似，都具有可重入互斥的特性，但擁有擴展的功能。

RenntrantLock推薦的基本寫法：

class X {
    //定義鎖對象
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // ...
    //定義須要保證線程安全的方法
    public void m() {
        //加鎖
        lock.lock();  
        try{
        // 保證線程安全的代碼
        }
        // 使用finally塊保證釋放鎖
        finally {
            lock.unlock()
        }
    }
}

一、API層面的鎖

ReentrantLock表現爲API層面的互斥鎖，經過lock()和unlock()方法完成，是顯式的，而synchronized表現爲原生語法層面的互斥鎖，是隱式的。

二、可重入的

重進入意味着：任意線程在獲取到鎖以後可以再次獲取該鎖而不會被鎖阻塞，synchronized和Reentrant都是可重入的，隱式顯式之分。

實現可重入須要解決的兩個關鍵部分：

1. 鎖須要去識別獲取鎖的線程是不是當前佔據鎖的線程，若是是的話，就成功獲取。
2. 鎖獲取一次，內部鎖計數器須要加一，釋放一次減一，計數爲零表示爲成功釋放鎖。

三、可公平的

關於鎖公平的部分，官方文檔是這樣描述的（英文我就不貼了），詞彙較簡單，我試着翻譯一下：

Reentrant類的構造函數接受一個可選的公平性參數fair。這時候就出現兩種選擇：

• 公平的（fair == true）：保證等待時間最長的線程優先獲取鎖，即FIFO。
• 非公平的（fair == false）：此鎖不保證任何特定的訪問順序。

公平鎖每每體現處的整體吞吐量比非公平鎖要低，也就是更慢。

鎖的公平性並不保證線程調度的公平性，但公平鎖可以減小"飢餓"發生的機率。

須要注意的是：不定時的tryLock()方法不支持公平性設置。若是鎖可用，即便其餘線程等待時間比它長，它也會成功得到鎖。

四、等待可中斷

當持有線程長期不釋放鎖的時候，正在等待的線程可以選擇放棄等待或處理其餘事情。

五、鎖綁定

一個ReentrantLock對象能夠經過newCondition()同時綁定多個Condition對象。

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JDK1.6以前，ReentrantLock在性能方面是要領先於synchronized鎖的，可是JDK1.6及以後版本實現了各類鎖優化技術，可參考：
聊聊併發Java SE1.6中的Synchronized，後續性能改進會更加偏向於原生的synchronized。

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參考資料： 《深刻理解Java虛擬機》周志明 《Java併發編程的藝術》方騰飛