Java多线程之Lock深入理解
1 Lock原理
Java中已经有了synchronized重量级锁，那么为什么还得有Lock，之所以引入Lock，得先了解synchronized原理，继而就会发现其缺陷
1.1 synchronized的缺陷
synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢？
如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而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了该代码块，然后线程释放对锁的占有；
- 线程执行发生异常，此时
JVM会让线程自动释放锁。
那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，多么影响程序执行效率。因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过Lock就可以办到。
再举个例子：当有多个线程读写文件时，读操作和写操作会发生冲突现象，写操作和写操作会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。但是采用synchronized关键字来实现同步的话，就会导致一个问题：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。因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时，线程之间不会发生冲突，通过Lock就可以办到。另外，通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。
总结一下，也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：
Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。
1.2 Lock锁控制并发原理
在 Java 中，Lock 接口的实现类（如 ReentrantLock）可以在多个线程之间共享。多个线程可以通过同一个 Lock 对象来获取锁并执行临界区代码。
当一个线程调用 Lock 对象的 lock() 方法时，如果锁是可用的，该线程将获取到锁并继续执行。如果锁已经被其他线程持有，那么该线程将被阻塞，直到锁被释放。
Lock 对象的锁是可重入的，也就是说同一个线程可以多次获取同一个锁，而不会产生死锁。当一个线程重复获取锁时，需要相应地释放相同次数的锁才能完全释放锁。
通过 Lock 对象，可以实现更灵活的锁定和解锁机制，可以使用 tryLock() 方法尝试获取锁，使用 lockInterruptibly() 方法可以响应中断请求，还可以使用 Condition 对象实现更细粒度的线程间通信。
需要注意的是，Lock 对象的锁不会自动释放，必须手动调用 unlock() 方法来释放锁，通常在 finally 块中进行释放操作，以确保锁的正确释放，避免死锁的发生。
1.3 AQS
Lock 之所以能实现线程安全的锁，主要的核心是AQS（AbstractQueuedSynchronizer），AQS提供了一个FIFO队列，可以看做是一个用来实现锁以及其他需要同步功能的框架。AQS的使用依靠继承来完成，子类通过继承自AQS并实现所需的方法来管理同步状态。例如常见的ReentrantLock，CountDownLatch等。
从使用上来说，AQS的功能可以分为两种：独占和共享：
独占锁模式下，每次只能有一个线程持有锁，ReentrantLock就是以独占方式实现的互斥锁。共享锁模式下，允许多个线程同时获取锁，并发访问共享资源，比如ReentrantReadWriteLock
独占和共享特点
- 相同点：
- 获取锁前都会判断是否有权限，只有满足条件才可能获取到锁
- 未获取到锁的线程会创建新节点放入队列尾部
- 不同点：
- 独占锁只会释放头部后节点的线程，而共享锁会依次释放所有线程
- 独占锁存在非公平锁的情况，新的线程可能抢占队列中线程的锁，共享锁则不存在这种情况
1.3.1 内部类Node
AQS 有两个内部类：Node 和 ConditionObject，这里只介绍 Node 类
Node 类是等待队列中的节点类，是一个基于 FIFO 的双向队列
同步器依赖内部的同步队列（一个FIFO双向队列）来完成同步状态的管理，当前线程获取同步状态失败时，同步器会将当前线程以及等待状态等信息构造成为一个节点（Node）并将其加入同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，会把首节点中的线程唤醒，使其再次尝试获取同步状态。
Node的主要属性：
static final class Node {
//表示节点的状态，包含SIGNAL、CANCELLED、CONDITION、PROPAGATE、INITIAL
volatile int waitStatus;
//前继节点
volatile Node prev;
//后继节点
volatile Node next;
//入队节点的线程, 结束之后会被置空
volatile Thread thread;
//存储在 Condition 队列中的下一个等待节点
Node nextWaiter;
}
waitStatus节点状态
waitStatus节点的几种状态：
CANCELLED，值为1，由于在同步队列中等待的线程等待超时或者被中断，需要从同步队列中取消等待，节点进入该状态将不会变化。SIGNAL，值为-1，后继节点的线程处于等待状态，而当前节点的线程如果释放了同步状态或者被取消，将会通知后继节点，使后继节点得以运行。CONDITION，值为-2，节点在等待队列中，节点线程等待在Condition上，当其他线程对Condition调用了signal()方法后，该节点将会从等待队列中转移到同步队列中，加入到对同步状态的获取中。PROPAGATE，值为-3，表示下一次共享式同步状态获取将会无条件地被传播下去。INITAL，值为0，初始状态。
1.3.2 主要属性
AQS 主要属性说明如下
/**
* 等待队列的头节点, 赖加载
* 除了初始化之外, 只能通过 setHead 方法来改变其值
* 如果 head 不为 null, waitStatus 值就一定不会是 CANCELLED
*/
private transient volatile Node head;
/**
* 等待队列的尾结点, 懒加载
* 只能通过 enq 方法添加新节点时才会去改变尾结点
*/
private transient volatile Node tail;
/**
* 同步器的状态
* 以 ReentrantLock 为例, 0 表示可以获取到锁, 其他的正整数表示无法获取到锁
*/
private volatile int state;
- 设置尾节点
当一个线程成功地获取了同步状态（或者锁），其他线程将无法获取，转而被构造成为节点并加入同步队列，而这个过程必须保证线程安全，因此同步器提供了一个基于CAS的设置尾节点的方法：compareAndSetTail(Node expect,Nodeupdate)，它需要传递当前线程“认为”的尾节点和当前节点，只有设置成功后，当前节点才正式与之前的尾节点建立关联。 - 设置首节点
同步队列遵循FIFO，首节点是获取同步状态成功的节点，首节点的线程在释放同步状态时，将会唤醒后继节点，而后继节点将会在获取同步状态成功时将自己设置为首节点。
设置首节点是通过获取同步状态成功的线程来完成的，由于只有一个线程能够成功获取到同步状态，因此设置头节点的方法并不需要使用CAS来保证，它只需要将首节点设置成为原首节点的后继节点并断开原首节点的next引用即可。 - state
AbstractQueuedSynchronizer还有一个重要变量state，用于记录是否有线程获取锁，可重入锁还记录了获取多少次锁， 没有锁住时，state为0，有线程获取锁时为1，可重入锁，每重新获取一次锁，state就加1，释放一次就减1。
1.3.3 方法
这里主要分析获取和释放锁相关的代码
1.3.3.1 获取锁
acquire
获取独占锁，方法的逻辑是先尝试获取锁，如果失败，就往队列末尾添加一个节点，再尝试从队列里获取锁tryAcquire
尝试获取独占锁，需要由子类自己实现，体现了AbstractaddWaiter
往尾部添加一个节点作为新的尾结点。如果尾结点未初始化，则通过 enq 完成初始化acquireQueued
不断尝试从队列中获取锁，当成功获取到锁或者线程被打断时会成功退出循环，竞争锁失败的线程会等待直到被唤醒，唤醒之后会再次进入循环尝试去获取锁，不断的重复整个过程
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
// 不断尝试去获取锁直到成功或线程被打断
for (;;) {
// 获取当前节点的前节点
final Node p = node.predecessor();
// 如果前节点是头部节点, 就尝试去获取锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 成功之后将节点设置为新的头部节点
// 可以理解为头部节点就是获取到锁的节点
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
// 获取锁失败后进到这里
// 先判断线程是否需要 park, 如果是就执行 park, 否则再进入循环
// 这里还判断了线程是否已经被打断了, 如果是, 就会执行 cancelAcquire
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
acquireShared
获取共享锁，方法逻辑是先尝试获取锁，如果失败，就不断尝试去获取锁tryAcquireShared
尝试获取共享锁，需要由子类自己实现doAcquireShared
不断尝试从队列中获取共享锁，当成功获取到锁或者线程被打断时会成功退出循环，竞争锁失败的线程会被park直到被唤醒，唤醒之后会再次进入循环尝试去获取锁，不断的重复整个过程
1.3.3.2 释放锁
release
释放独占锁，方法逻辑是首先尝试释放锁，成功后，如果头节点不为空而且waitStatus不为 0（即节点不是初始化的状态），就唤醒后节点的线程tryRelease
尝试释放独占锁，需要由子类实现releaseShared
是否共享锁，逻辑是先尝试释放锁，如果成功，再依次去释放节点上阻塞的线程tryReleaseShared
尝试释放共享锁，需要由子类实现doReleaseShared
释放共享锁
1.4 LockSupport
Lock中核心加锁释放锁用的是LockSupport
LockSupport是Java并发编程中的一个工具类，它主要用于实现基于线程的阻塞和唤醒。这个类是JDK1.5以后引入的，主要用于实现Java的并发编程。
LockSupport类提供了一种线程阻塞和唤醒的机制，它是通过控制线程的阻塞状态来实现线程的挂起和恢复的。LockSupport中的park()和unpark()方法就是用来实现线程的阻塞和唤醒的。park()方法可以阻塞当前线程，而unpark()方法则可以唤醒一个指定的线程。这两个方法的使用比Object类中的wait()和notify()方法更加灵活，因为它们不需要在同步代码块中使用。
以下是 LockSupport 类的一些核心方法：
void park()：阻塞当前线程，直到许可可用。如果调用 park() 时线程已经拥有许可，则它会立即返回并消耗掉这个许可。void parkNanos(long nanos)：阻塞当前线程，直至以下三种情况之一发生：许可可用、线程被中断，或者等待时间超出设定的纳秒数。void parkUntil(long deadline)：阻塞当前线程直至以下三种情况之一发生：许可可用、线程被中断，或者直到指定的绝对时间（自纪元以来的毫秒数）。void unpark(Thread thread)：为指定线程提供许可（如果它还没有），并且在有可能的情况下立即唤醒它。如果线程在调用时没有被阻塞，则下次它调用 park() 方法时会立即返回。
LockSupport 的优点包括：
- 它可以响应中断，但是不抛出
InterruptedException异常。相比Object.wait() 和 Thread.join()方法，在某些场景下更加灵活。 park() 和 unpark()方法对于处理先发起唤醒信号，再实施阻塞这种时序问题比 wait()/notify() 要简单。即使先调用了unpark()，再调用park()的线程依然能够正确的被唤醒，而不会产生死锁。
注意：LockSupport的park方法不会释放锁，它只是让当前线程进入等待状态，也就是阻塞当前线程。
1.5 Lock和synchronized的选择
总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：
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。Lock不像synchronized那样是获取实例对象锁或类锁的，它获取的是Lock对象的锁
在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。
2 java.util.concurrent.locks包下常用的类
下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。
2.1 Lock接口
首先要说明的就是Lock，通过查看Lock的源码可知，Lock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();
}
下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用，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()这个方法稍后讲解
在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？
2.1.1 lock方法
lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。由于在前面讲到如果采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：
Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
//处理任务
}catch(Exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
2.1.2 tryLock方法
tryLock()方法是有返回值的，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。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。
所以，一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的：
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
}
2.1.3 lockInterruptibly方法
lockInterruptibly为可中断锁
可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。
在Java中，synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。
如果某一线程A正在执行锁中的代码，另一线程B正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。
lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。
由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException
因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：
public void method() throws InterruptedException {
lock.lockInterruptibly();
try {
//.....
}
finally {
lock.unlock();
}
}
注意： 当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。
因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去
2.1.4 newCondition方法
newCondition这里的条件是没有实际含义的，仅仅是个标记而已，并且条件的含义往往通过代码来赋予其含义
条件变量都实现了java.util.concurrent.locks.Condition接口，条件变量的实例化是通过一个Lock对象上调用newCondition()方法来获取的，这样，条件就和一个锁对象绑定起来了。因此，Java中的条件变量只能和锁配合使用，来控制并发程序访问竞争资源的安全
一个锁可以有多个条件，每个条件上可以有多个线程等待，通过调用await()方法，可以让线程在该条件下等待。当调用signalAll()方法，又可以唤醒该条件下的等待的线程，signal()会唤醒其condition中的一个等待线程
条件变量比较抽象，原因是他不是自然语言中的条件概念，而是程序控制的一种手段
看下Condition接口中方法
public interface Condition {
//使当前线程加入 await() 等待队列中，并释放当锁，当其他线程调用signal()会重新请求锁。与Object.wait()类似。
void await() throws InterruptedException;
//调用该方法的前提是，当前线程已经成功获得与该条件对象绑定的重入锁，否则调用该方法时会抛出IllegalMonitorStateException。
//调用该方法后，结束等待的唯一方法是其它线程调用该条件对象的signal()或signalALL()方法。等待过程中如果当前线程被中断，该方法仍然会继续等待，同时保留该线程的中断状态。
void awaitUninterruptibly();
// 调用该方法的前提是，当前线程已经成功获得与该条件对象绑定的重入锁，否则调用该方法时会抛出IllegalMonitorStateException。
//nanosTimeout指定该方法等待信号的的最大时间（单位为纳秒）。若指定时间内收到signal()或signalALL()则返回nanosTimeout减去已经等待的时间；
//若指定时间内有其它线程中断该线程，则抛出InterruptedException并清除当前线程的打断状态；若指定时间内未收到通知，则返回0或负数。
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
//与await()基本一致，唯一不同点在于，指定时间之内没有收到signal()或signalALL()信号或者线程中断时该方法会返回false;其它情况返回true。
boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
//适用条件与行为与awaitNanos(long nanosTimeout)完全一样，唯一不同点在于它不是等待指定时间，而是等待由参数指定的某一时刻。
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
//唤醒一个在 await()等待队列中的线程。与Object.notify()相似
void signal();
//唤醒 await()等待队列中所有的线程。与object.notifyAll()相似
void signalAll();
}
2.2 ReentrantLock
ReentrantLock意思是可重入锁
2.2.1 可重入锁概念
如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性实际上表明了锁的分配机制：基于线程分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。
看下面这段代码就明白了：
class MyClass {
public synchronized void method1() {
method2();
}
public synchronized void method2() {}
}
上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，那么此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。
2.2.2 ReentrantLock使用
ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock
2.2.2.1 lock用法
lock()的正确使用方法
public class Test {
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
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 = new ReentrantLock(); //注意这个地方
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();
}
}
}
运行完后，也许有疑惑，第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁？原因在于，在insert方法中的lock变量是局部变量，每个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁，所以就不会发生冲突。
知道了原因改起来就比较容易了，只需要将lock声明为类的属性即可
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();
}
}
}
运行结果：
Thread-0得到了锁
Thread-0释放了锁
Thread-1得到了锁
Thread-1释放了锁
这样就是正确地使用Lock的方法了
由上可知，Lock不像synchronized那样是获取实例对象锁或类锁的，它获取的是Lock对象的锁，如果获取不到Lock对象，就不存在竞争，否则就会有竞争情况
2.2.2.2 tryLock用法
例子2，tryLock()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) {
if(lock.tryLock()) {
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();
}
} else {
System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");
}
}
}
运行结果：
Thread-0得到了锁
Thread-0释放了锁
Thread-1获取锁失败
2.2.2.3 lockInterruptibly用法
例子3，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");
}
}
}
运行结果：
Thread-0得到了锁
Thread-1被中断
运行之后，发现thread-1能够被正确中断。
2.2.2.4 newCondition用法
ReentrantLock中的newCondition用法
public class NewConditionDemo {
public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static Condition condition = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
lock.lock();//请求锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==》进入等待");
condition.await();//设置当前线程进入等待
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();//释放锁
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==》继续执行");
}
}.start();
new Thread() {
@Override
public void run() {
lock.lock();//请求锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=》进入");
Thread.sleep(2000);//休息2秒
condition.signal();//随机唤醒等待队列中的一个线程
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "休息结束");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();//释放锁
}
}
}.start();
}
}
2.3 ReadWriteLock
ReadWriteLock读写锁
读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁。正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。
ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。
可以通过readLock()获取读锁，通过writeLock()获取写锁。
ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：
public interface ReadWriteLock {
/**
* Returns the lock used for reading.
*
* @return the lock used for reading.
*/
Lock readLock();
/**
* Returns the lock used for writing.
*
* @return the lock used for writing.
*/
Lock writeLock();
}
一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成2个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。
2.4 ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。
下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。
假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下synchronized达到的效果：
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 synchronized void get(Thread thread) {
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");
}
}
这段程序的输出结果会是，直到thread0执行完读操作之后，才会打印thread1执行读操作的信息。
而改成用读写锁的话：
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();
}
}
}
说明thread0和thread1在同时进行读操作。
这样就大大提升了读操作的效率。
不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。
如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。
2.5 公平锁和非公平锁
2.5.1 公平锁和非公平锁定义及创建
公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。
非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。
其中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。
看一下这2个类的源代码就清楚了：
/**
* Sync object for non-fair locks
*/
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
/**
* Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal
* acquire on failure.
*/
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
/**
* Sync object for fair locks
*/
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
final void lock() {
acquire(1);
}
/**
* Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless
* recursive call or no waiters or is first.
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
在ReentrantLock中定义了2个静态内部类，一个是NotFairSync，一个是FairSync，分别用来实现非公平锁和公平锁。
我们可以在创建ReentrantLock对象时，通过以下方式来设置锁的公平性：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
如果参数为true表示为公平锁，为fasle为非公平锁。默认情况下，如果使用无参构造器，则是非公平锁。
另外在ReentrantLock类中定义了很多方法，比如：
- isFair() //判断锁是否是公平锁
- isLocked() //判断锁是否被任何线程获取了
- isHeldByCurrentThread() //判断锁是否被当前线程获取了
- hasQueuedThreads() //判断是否有线程在等待该锁
在ReentrantReadWriteLock中也有类似的方法，同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住，ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口，它实现的是ReadWriteLock接口
2.5.2 公平锁
使用公平锁时，加锁方法lock()的方法调用轨迹如下：
- ReentrantLock : lock()
- FairSync : lock()
- AbstractQueuedSynchronizer : acquire(int arg)
- ReentrantLock : tryAcquire(int acquires)
在第4步真正开始加锁，下面是该方法的源代码：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState(); //获取锁的开始，首先读volatile变量state
if (c == 0) {
if (isFirst(current) &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
从上面源代码中我们可以看出，加锁方法首先读volatile变量state。
在使用公平锁时，解锁方法unlock()的方法调用轨迹如下：
- ReentrantLock : unlock()
- AbstractQueuedSynchronizer : release(int arg)
- Sync : tryRelease(int releases)
在第3步真正开始释放锁，下面是该方法的源代码：
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c); //释放锁的最后，写volatile变量state
return free;
}
从上面的源代码我们可以看出，在释放锁的最后写volatile变量state。
公平锁在释放锁的最后写volatile变量state；在获取锁时首先读这个volatile变量。根据volatile的happens-before规则，释放锁的线程在写volatile变量之前可见的共享变量，在获取锁的线程读取同一个volatile变量后将立即变的对获取锁的线程可见
2.5.3 非公平锁
非公平锁的释放和公平锁完全一样，所以这里仅仅分析非公平锁的获取。
使用公平锁时，加锁方法lock()的方法调用轨迹如下：
- ReentrantLock : lock()
- NonfairSync : lock()
- AbstractQueuedSynchronizer : compareAndSetState(int expect, int update)
在第3步真正开始加锁，下面是该方法的源代码：
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
该方法以原子操作的方式更新state变量，把java的compareAndSet()方法调用简称为CAS。JDK文档对该方法的说明如下：如果当前状态值等于预期值，则以原子方式将同步状态设置为给定的更新值。此操作具有 volatile 读和写的内存语义。
这里我们分别从编译器和处理器的角度来分析,CAS如何同时具有volatile读和volatile写的内存语义。
编译器不会对volatile读与volatile读后面的任意内存操作重排序；编译器不会对volatile写与volatile写前面的任意内存操作重排序。组合这两个条件，意味着为了同时实现volatile读和volatile写的内存语义，编译器不能对CAS与CAS前面和后面的任意内存操作重排序。
现在对公平锁和非公平锁的内存语义做个总结：
- 公平锁和非公平锁释放时，最后都要写一个
volatile变量state。 - 公平锁获取时，首先会去读这个
volatile变量。 - 非公平锁获取时，首先会用
CAS更新这个volatile变量,这个操作同时具有volatile读和volatile写的内存语义。
