ConCurrent并发包 - Lock详解

synchronized的缺陷

我们知道，可以利用synchronized关键字来实现共享资源的互斥访问。Java 5在java.util.concurrent.locks包下提供了另一种来实现线程的同步访问，那就是Lock。既然有了synchronized来实现线程同步，Java为什么还需要提供Lock呢？

synchronized是Java的一个关键字，当我们使用synchronized来修饰方法或代码块时，线程必须先获得对应的锁才能执行该段代码。而其他线程只能一直等待，直到当前线程释放锁并获得对应的锁才能进入该段代码。这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：

• 获取锁的线程执行完该段代码，线程会释放占有的锁；
• 线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。

那么如果这个占有锁的线程由于等待IO或其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞，但是还没有释放锁，那么其他线程只能干巴巴的等着，试想这多么影响程序的执行效率。

当多个线程同时读写文件是，我们知道读操作和写操作会发生冲突，写操作和写操作也会发生冲突，但是读操作和读操作之间不会冲突。synchronized关键字对一段代码加锁，所有的线程必须先获得对应的锁才有该代码段的执行权限。如果多个线程同时进行读操作时，使用synchronized关键字会导致在任何时刻只有一个线程读，其他线程等待，大大降低执行效率。

Lock可以对以上种种情况作优化，提供更好的执行效率。另外，Lock方便了对锁的管理，可以自由的加锁和释放锁，还可以判断有没有成功获取锁。但是在使用Lock时要注意，Lock需要开发者手动去释放锁，如果没有主动释放锁，就要可能导致死锁出现。建议在finally语句块中释放Lock锁。

concurrent.locks包下常用类

1. Lock

首先要说明的是Lock，它是一个接口：

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

• lock()方法用来获取锁。
• tryLock()尝试获取锁，如果成功则返回true，失败返回false（其他线程已占有锁）。这个方法会立即返回，在拿不到锁时也不会等待。
• tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法类似，只不过在拿不到锁时等待一定的时间，如果超过等待时间还拿不到锁就返回false。
• lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法获取锁时，如果该线程正在等待获取锁，则它能够响应中断。也就是说，当两个线程同时通过lockInterruptibly()获取某个锁时，假如线程A获得了锁，而线程B仍在等待获取锁，那么对线程B调用interrupt()方法可以中断B的等待过程。

// lock()的使用
Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
    //处理任务
}catch(Exception ex){
     
}finally{
    lock.unlock();   //释放锁
}

// tryLock()的使用
Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
     try{
         //处理任务
     }catch(Exception ex){
         
     }finally{
         lock.unlock();   //释放锁
     } 
}else {
    //如果不能获取锁，则直接做其他事情
}

// lockInterruptibly()的使用
public void method() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

使用synchronized关键字，当线程处于等待锁的状态时，是无法被中断的，只能一直等待。

2.ReentrantLock

ReentrantLock是可重入锁。如果所具备可重入性，则称为可重入锁，synchronized可ReentrantLock都是可重入锁。可重入锁也叫递归锁，当一个线程已经获得该代码块的锁时，再次进入该代码块不必重新申请锁，可以直接执行。

例1， lock()的使用方法：

public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  
     
    public void insert(Thread thread) {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for(int i=0;i<5;i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

例2， lockInterruptibly()响应中断的使用方法：

public class Test {
    private Lock lock = new ReentrantLock();   
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread1 = new MyThread(test);
        MyThread thread2 = new MyThread(test);
        thread1.start();
        thread2.start();
         
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        thread2.interrupt();
    }  
     
    public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{
        lock.lockInterruptibly();   //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出
        try {  
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            for(    ;     ;) {
                if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)
                    break;
                //插入数据
            }
        }
        finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");
            lock.unlock();
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
        }  
    }
}
 
class MyThread extends Thread {
    private Test test = null;
    public MyThread(Test test) {
        this.test = test;
    }
    @Override
    public void run() {
         
        try {
            test.insert(Thread.currentThread());
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");
        }
    }
}

3. ReadWriteLock

ReadWriteLock也是一个接口，它只定义了两个方法：

public interface ReadWriteLock {
    /**
     * Returns the lock used for reading.
     */
    Lock readLock();
 
    /**
     * Returns the lock used for writing.
     */
    Lock writeLock();
}

readLock()用来获取读锁，writeLock()用来获取写锁。也就是将文件的读写操作分开，分成两个锁来分配给线程，从而使多个线程可以同时进行读操作。ReentrantReadWriteLock是它的实现类。

public class Test {
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
     
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
    }  
     
    public void get(Thread thread) {
        rwl.readLock().lock();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
             
            while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
            }
            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
        } finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}