Java并发基础--Lock的学习

一、Lock的出现

Lock的主要作用实现线程之间的同步互斥，与synchronized关键字的效果是一样的，synchronized是Java语言内置的特性，那么为什么又出现了Lock呢？原因是synchronized不是完美的，那么synchronized的缺陷在哪里呢？

①、通过synchronized实现同步，如果多个线程都只是进行读操作，所以当一个线程在进行读操作时，其他线程只能等待无法进行读操作。

②、通过synchronized实现同步的时候，无法知道线程是否获取到了锁。

为了弥补synchronized的缺陷，Java 5中引入了新的锁机制——java.util.concurrent.locks中的显式的互斥锁。Lock接口，提供了比synchronized更加广泛的锁操作。它的主要实现类：ReentrantLock、ReetrantReadWriteLock.ReadLock和ReetrantRead.WriteLock.即重入锁、读锁和写锁。Lock必须被显式的创建和释放，为了保证最终锁一定被释放，经常将虎互斥区置放在try语句中，并在finally中释放锁，特别是当有return语句的时候，return语句必须放在try语句中，以确保unlock不会过早的发生，从而将数据暴露给下面的任务。使用比较多的是ReentrantLock。示例如下：

public class LockDemo {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void testMethod(){
        try {
            lock.lock();
            for(int i=0;i<3;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" print....");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        LockDemo lockDemo = new LockDemo();
        
        new Thread(new MyThread1(lockDemo)).start();
        new Thread(new MyThread1(lockDemo)).start();
        
    }

}
class MyThread1 implements Runnable{
    private LockDemo lockDemo;
    public MyThread1(LockDemo lockDemo){
        this.lockDemo = lockDemo;
    }
    @Override
    public void run() {
        lockDemo.testMethod();
    }
    
}

结果输出：

Thread-0 print....
Thread-0 print....
Thread-0 print....
Thread-1 print....
Thread-1 print....
Thread-1 print....

总结：

• Lock是一个接口，它有不同的实现类，通过它的实现类可以实现多线程间的同步互斥。
• Lock与synchronized最大的不同在于，synchronized不需要用户手动释放锁，在线程完成了同步块或者同步方法后自动释放锁（或者出现异常也自动释放锁）。而Lock锁需要用户手动释放，如果忘记释锁，可能造成死锁等后果。

二、Lock的详细学习

通过源码可以知道，Lock是一个接口，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()主要是用来创建Condition对象的，线程对象可以注册在指定的Condition上，Condition起到一个对象监视器的作用，通过Condition实例从而进行线程通知，在调用线程上更加灵活。

1.lock()方法

lock方法是使用最多的一个方法，即用来获取锁的，如果锁已经被其他线程占用，则进行等待。经常需要结合try语句一起使用。目的是为了将锁的释放工作放在finally中进行，保证锁的最终释放。如下：

Lock lock = new ReentrantLock();

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

2.tryLock()方法

tryLock()是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

3.tryLock(long time, TimeUnit unit)方法

tryLock(long time, TimeUnit unit)方法类似tryLock(),区别在于这个方法在拿不锁的时候，不会立即返回，而是等待指定的时间，如果超过指定时间还未获取到锁，则立即返回false，获取锁失败。

Lock lock = new ReentrantLock();

if(lock.tryLock(3, TimeUnit.SECONDS)) {
     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
}

4.lockInterruptibly()方法

lockInterruptibly()方法，比较特使，可以说是Lock锁的特点之一，即线程在获取锁的过程中，如果一直获取不到锁，它不会立即放弃，直到这个线程被中断。即它能够响应中断， void lockInterruptibly() throws InterruptedException;接口的方法定义是声明了异常的，lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。它的使用形式如下：

public void method() throws InterruptedException {

    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

5.newCondition()方法

在使用notify()/notifyAll()方法的时候，被唤醒的线程是JVM随机选择的，最终能够获取锁的线程也许不是我们想要的。在Lock中结合Condition类可以实现“选择性通知”。即可以通过Condition对象唤醒指定的线程。示例如下：

public class LockConditionDemo {
    
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    
    public void testMethod(){
        try {
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" test begin");
            condition.await();//当前线程进入等待状态，释放lock锁
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" test end");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            lock.unlock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 释放锁");
        }
    }
    
    public void testMethod2(){
        try {
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" test2 begin");
            condition.signal();//通知处于等待lock锁状态的线程
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" test2 end");
        }finally{
            lock.unlock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 释放锁");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        LockConditionDemo lockConditionDemo = new LockConditionDemo();
        new Thread(new Mythread3(lockConditionDemo)).start();
        new Thread(new Mythread4(lockConditionDemo)).start();
    }

}

class Mythread3 implements Runnable{
    private LockConditionDemo lockConditionDemo;
    
    Mythread3(LockConditionDemo lockConditionDemo){
        this.lockConditionDemo = lockConditionDemo;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        lockConditionDemo.testMethod();
    }
}

class Mythread4 implements Runnable{
    private LockConditionDemo lockConditionDemo;

    Mythread4(LockConditionDemo lockConditionDemo){
        this.lockConditionDemo = lockConditionDemo;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        lockConditionDemo.testMethod2();
    }
}

结果输出：

Thread-0 test begin
Thread-1 test2 begin
Thread-1 test2 end
Thread-1 释放锁
Thread-0 test end
Thread-0 释放锁

三、Lock和synchronized的选择

1.lock和synchronized的不同

• Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现。

• synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁。

• Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断

• 通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到

• Lock可以提高多个线程进行读操作的效率