（轉載）Java顯式鎖學習總結之一：概論

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我們都知道在java中，當多個線程需要併發訪問共享資源時需要使用同步，我們經常使用的同步方式就是synchronized關鍵字，事實上，在jdk1.5之前，只有synchronized一種同步方式。而在jdk1.5中提供了一種新的同步方式--顯示鎖(Lock)。顯示鎖是隨java.util.concurrent包一起發佈的，java.util.concurrent包是併發大神Doug Lea寫的一個併發工具包，裏面除了顯示鎖，還有許多其他的實用併發工具類。

什麼是顯示鎖

　　什麼是顯示鎖？用一段代碼來說明：

package com.gome;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockPractice {
    private static int a=0;
    private static Lock lock=new ReentrantLock();
    
    public static void increateBySynchronized(){
        a=0;
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Thread t=new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                        synchronized (LockPractice.class) {
                            a++;
                        }
                    }
                }
            });
            t.start();
        }
        while (Thread.activeCount()>1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(a);
    }
    
    public static void increateByLock(){
        a=0;
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Thread t=new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                        lock.lock();
                        try {
                            a++;
                        } finally {
                            lock.unlock();
                        }
                    }
                }
            });
            t.start();
        }
        while (Thread.activeCount()>1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(a);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        increateBySynchronized();
        increateByLock();
    }
}

執行結果：

解釋：

類LockPractice 中有兩個方法increateBySynchronized()和increateByLock()，這兩個方法都成功地用多線程併發將a累加到100000而沒有出現競態條件(race condition)問題。

其中increateBySynchronized()的同步是我們熟悉的synchronized關鍵字實現的：

synchronized (LockPractice.class) {
　　a++;
}

這句代碼的含義是：當有一個線程A進入synchronized代碼塊後，阻塞其他要進入該代碼塊的線程直到A執行完代碼塊。synchronized關鍵字會關聯一個鎖對象，這裏是LockPractice.class。synchronized關鍵字底層是由jvm來實現的，當一個線程進入synchronized塊時，會在關聯的鎖對象的對象頭(MarkWord)中記錄下線程信息(可以簡單的理解爲線程id)，這樣這個鎖對象就被當前線程獨佔了，其他試圖獲取這個鎖對象的線程將被阻塞。

因此一個線程進入、退出synchronized代碼塊的本質就是這個線程對鎖對象的獲取、釋放。

 

而increateByLock()的同步代碼如下，其中 lock是全局變量 private static Lock lock=new ReentrantLock();

lock.lock();
try {
    a++;
} finally {
    lock.unlock();
}

從代碼上可以看出，顯示鎖Lock的使用和synchronized的本質很像，也是定義了一個鎖對象(new ReentrantLock())，然後在進入同步代碼前加鎖，執行同步代碼後釋放鎖。

但是顯示鎖的底層卻和synchronized完全不同，並沒有使用到對象頭(MarkWord)這樣底層的東西，顯示鎖只是表現出了和synchronized一樣的行爲(第一個訪問同步代碼的線程獲得鎖，阻塞後來的線程)。

 

顯示鎖的優點

從上面的描述來看，顯示鎖實現了和synchronized一樣的功能，但是寫起來更復雜(需要手動加鎖解鎖，還需要寫finally防止發生異常後鎖不能釋放)，那爲什麼還要加入顯示鎖呢？

我們可以從Lock接口提供的方法看出端倪：

方法名稱	描述
void lock()	獲取鎖
void lockInterruptibly() throws InterruptedException	可中斷地獲取鎖，在線程獲取鎖的過程中可以響應中斷
boolean tryLock()	嘗試非阻塞獲取鎖，調用方法後立即返回，成功返回true，失敗返回false
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException	在超時時間內獲取鎖，到達超時時間將返回false,也可以響應中斷
void unlock();	釋放鎖
Condition newCondition();	獲取等待組件，等待組件實現類似於Object.wait()方法的功能

從Lock提供的接口可以看出來，顯示鎖至少比synchronized多了以下功能：

1. 可中斷獲取鎖：使用synchronized關鍵字獲取鎖的時候，如果線程沒有獲取到被阻塞了，那麼這個時候該線程是不響應中斷(interrupt)的，而使用Lock.lockInterruptibly()獲取鎖時被中斷，線程將拋出中斷異常。
2. 可非阻塞獲取鎖：使用sync關鍵字獲取鎖時，如果沒有成功獲取，只有被阻塞，而使用Lock.tryLock()獲取鎖時，如果沒有獲取成功也不會阻塞而是直接返回false。
3. 可限定獲取鎖的超時時間：使用Lock.tryLock(long time, TimeUnit unit)。
4. 其實顯示鎖還有其他的優勢，比如同一鎖對象上可以有多個等待隊列(相當於Object.wait())，我們後面會講。

其實除了更多的功能，顯示鎖還有一個很大的優勢：synchronized的同步是jvm底層實現的，對一般程序員來說程序遇到出乎意料的行爲的時候，除了查官方文檔幾乎沒有別的辦法；而顯示鎖除了個別操作用了底層的Unsafe類之外，幾乎都是用java語言實現的，我們可以通過學習顯示鎖的源碼，來更加得心應手的使用顯示鎖。

顯示鎖的缺點 

當然顯示鎖也不是完美的，否則java就不會保留着synchronized關鍵字了，顯示鎖的缺點主要有兩個：

1. 使用比較複雜，這點之前提到了，需要手動加鎖，解鎖，而且還必須保證在異常狀態下也要能夠解鎖。而synchronized的使用就簡單多了。
2. 效率較低，synchronized關鍵字畢竟是jvm底層實現的，因此用了很多優化措施來優化速度(偏向鎖、輕量鎖等)，而顯示鎖的效率相對低一些。

因此當需要進行同步時，優先考慮使用synchronized關鍵字，只有synchronized關鍵字不能滿足需求時，才考慮使用顯示鎖。

總結

這篇文章介紹了顯示鎖是什麼，顯示鎖的優點與缺點，在什麼情況下會用到顯示鎖。

後文將重點學習顯示鎖的底層實現：隊列同步器(AbstractQueuedSynchronizer)的實現、重入鎖(ReentrantLock)的實現、讀寫鎖(ReadWriteLock)的實現、等待/通知(Condition)的實現。