[Java并發編程：Lock](http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html) [TOC=1,3] 在上一篇文章中我們講到了如何使用關鍵字synchronized來實現同步訪問。本文我們繼續來探討這個問題，從Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一種方式來實現同步訪問，那就是Lock。 　　也許有朋友會問，既然都可以通過synchronized來實現同步訪問了，那么為什么還需要提供Lock？這個問題將在下面進行闡述。本文先從synchronized的缺陷講起，然后再講述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些類和接口，最后討論以下一些關于鎖的概念方面的東西 　　以下是本文目錄大綱： 　　一.synchronized的缺陷 　　二.java.util.concurrent.locks包下常用的類 　　三.鎖的相關概念介紹 　　若有不正之處請多多諒解，并歡迎批評指正。 　　請尊重作者勞動成果，轉載請標明原文鏈接： ?　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html ## 一.synchronized的缺陷 　　synchronized是java中的一個關鍵字，也就是說是Java語言內置的特性。那么為什么會出現Lock呢？ 　　在上面一篇文章中，我們了解到如果一個代碼塊被synchronized修飾了，當一個線程獲取了對應的鎖，并執行該代碼塊時，其他線程便只能一直等待，等待獲取鎖的線程釋放鎖，而這里獲取鎖的線程釋放鎖只會有兩種情況： 　　1）獲取鎖的線程執行完了該代碼塊，然后線程釋放對鎖的占有； 　　2）線程執行發生異常，此時JVM會讓線程自動釋放鎖。 　　那么如果這個獲取鎖的線程由于要等待IO或者其他原因（比如調用sleep方法）被阻塞了，但是又沒有釋放鎖，其他線程便只能干巴巴地等待，試想一下，這多么影響程序執行效率。 　　因此就需要有一種機制可以不讓等待的線程一直無期限地等待下去（比如只等待一定的時間或者能夠響應中斷），通過Lock就可以辦到。 　　再舉個例子：當有多個線程讀寫文件時，讀操作和寫操作會發生沖突現象，寫操作和寫操作會發生沖突現象，但是讀操作和讀操作不會發生沖突現象。 　　但是采用synchronized關鍵字來實現同步的話，就會導致一個問題： 　　如果多個線程都只是進行讀操作，所以當一個線程在進行讀操作時，其他線程只能等待無法進行讀操作。 　　因此就需要一種機制來使得多個線程都只是進行讀操作時，線程之間不會發生沖突，通過Lock就可以辦到。 　　另外，通過Lock可以知道線程有沒有成功獲取到鎖。這個是synchronized無法辦到的。 　　總結一下，也就是說Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點： 　　1）Lock不是Java語言內置的，synchronized是Java語言的關鍵字，因此是內置特性。Lock是一個類，通過這個類可以實現同步訪問； 　　2）Lock和synchronized有一點非常大的不同，采用synchronized不需要用戶去手動釋放鎖，當synchronized方法或者synchronized代碼塊執行完之后，系統會自動讓線程釋放對鎖的占用；而Lock則必須要用戶去手動釋放鎖，如果沒有主動釋放鎖，就有可能導致出現死鎖現象。 ## 二.java.util.concurrent.locks包下常用的類 　　下面我們就來探討一下java.util.concurrent.locks包中常用的類和接口。 　　**1.Lock** 　　首先要說明的就是Lock，通過查看Lock的源碼可知，Lock是一個接口： ~~~ public interface Lock { void lock(); void lockInterruptibly() throws InterruptedException; boolean tryLock(); boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; void unlock(); Condition newCondition(); } ~~~ ?　　下面來逐個講述Lock接口中每個方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。newCondition()這個方法暫且不在此講述，會在后面的線程協作一文中講述。 　　在Lock中聲明了四個方法來獲取鎖，那么這四個方法有何區別呢？ 　　首先lock()方法是平常使用得最多的一個方法，就是用來獲取鎖。如果鎖已被其他線程獲取，則進行等待。 　　由于在前面講到如果采用Lock，必須主動去釋放鎖，并且在發生異常時，不會自動釋放鎖。因此一般來說，使用Lock必須在try{}catch{}塊中進行，并且將釋放鎖的操作放在finally塊中進行，以保證鎖一定被被釋放，防止死鎖的發生。通常使用Lock來進行同步的話，是以下面這種形式去使用的： ~~~ Lock lock = ...; lock.lock(); try{ //處理任務 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //釋放鎖 } ~~~ 　　tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true，如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲取），則返回false，也就說這個方法無論如何都會立即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。 　　tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區別在于這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內如果還拿不到鎖，就返回false。如果如果一開始拿到鎖或者在等待期間內拿到了鎖，則返回true。 　　所以，一般情況下通過tryLock來獲取鎖時是這樣使用的： ~~~ Lock lock = ...; if(lock.tryLock()) { try{ //處理任務 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //釋放鎖 } }else { //如果不能獲取鎖，則直接做其他事情 } ~~~ ?　　lockInterruptibly()方法比較特殊，當通過這個方法去獲取鎖時，如果線程正在等待獲取鎖，則這個線程能夠響應中斷，即中斷線程的等待狀態。也就使說，當兩個線程同時通過lock.lockInterruptibly()想獲取某個鎖時，假若此時線程A獲取到了鎖，而線程B只有在等待，那么對線程B調用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。 　　由于lockInterruptibly()的聲明中拋出了異常，所以lock.lockInterruptibly()必須放在try塊中或者在調用lockInterruptibly()的方法外聲明拋出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，當一個線程獲取了鎖之后，是不會被interrupt()方法中斷的。因為本身在前面的文章中講過單獨調用interrupt()方法不能中斷正在運行過程中的線程，只能中斷阻塞過程中的線程。 　　因此當通過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時，如果不能獲取到，只有進行等待的情況下，是可以響應中斷的。 　　而用synchronized修飾的話，當一個線程處于等待某個鎖的狀態，是無法被中斷的，只有一直等待下去。 　　**2.ReentrantLock** 　　ReentrantLock，意思是“可重入鎖”，關于可重入鎖的概念在下一節講述。ReentrantLock是唯一實現了Lock接口的類，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過一些實例看具體看一下如何使用ReentrantLock。 　　例子1，lock()的正確使用方法 ~~~ 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(); //注意這個地方 lock.lock(); try { System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); lock.unlock(); } } } ~~~ ?　　各位朋友先想一下這段代碼的輸出結果是什么？ ~~~ Thread-0得到了鎖 Thread-1得到了鎖 Thread-0釋放了鎖 Thread-1釋放了鎖 ~~~ 　　也許有朋友會問，怎么會輸出這個結果？第二個線程怎么會在第一個線程釋放鎖之前得到了鎖？原因在于，在insert方法中的lock變量是局部變量，每個線程執行該方法時都會保存一個副本，那么理所當然每個線程執行到lock.lock()處獲取的是不同的鎖，所以就不會發生沖突。 　　知道了原因改起來就比較容易了，只需要將lock聲明為類的屬性即可。 ~~~ public class Test { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock lock = new ReentrantLock(); //注意這個地方 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()+"得到了鎖"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); lock.unlock(); } } } ~~~ ?　　這樣就是正確地使用Lock的方法了。 　　例子2，tryLock()的使用方法 ~~~ public class Test { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock lock = new ReentrantLock(); //注意這個地方 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()+"得到了鎖"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); lock.unlock(); } } else { System.out.println(thread.getName()+"獲取鎖失敗"); } } } ~~~ ?　　輸出結果： ~~~ Thread-0得到了鎖 Thread-1獲取鎖失敗 Thread-0釋放了鎖 ~~~ 　　例子3，lockInterruptibly()響應中斷的使用方法： ~~~ 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，如果需要正確中斷等待鎖的線程，必須將獲取鎖放在外面，然后將InterruptedException拋出 try { System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖"); long startTime = System.currentTimeMillis(); for( ; ;) { if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE) break; //插入數據 } } finally { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"執行finally"); lock.unlock(); System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); } } } 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()+"被中斷"); } } } ~~~ 　　運行之后，發現thread2能夠被正確中斷。 　　**3.ReadWriteLock** 　　ReadWriteLock也是一個接口，在它里面只定義了兩個方法： ~~~ 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(); } ~~~ ?　　一個用來獲取讀鎖，一個用來獲取寫鎖。也就是說將文件的讀寫操作分開，分成2個鎖來分配給線程，從而使得多個線程可以同時進行讀操作。下面的ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口。 　　**4.ReentrantReadWriteLock** 　　ReentrantReadWriteLock里面提供了很多豐富的方法，不過最主要的有兩個方法：readLock()和writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。 　　下面通過幾個例子來看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。 　　假如有多個線程要同時進行讀操作的話，先看一下synchronized達到的效果： ~~~ 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()+"正在進行讀操作"); } System.out.println(thread.getName()+"讀操作完畢"); } } ~~~ ?　　這段程序的輸出結果會是，直到thread1執行完讀操作之后，才會打印thread2執行讀操作的信息。 ~~~ Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0讀操作完畢 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1讀操作完畢 ~~~ 　　而改成用讀寫鎖的話： ~~~ 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()+"正在進行讀操作"); } System.out.println(thread.getName()+"讀操作完畢"); } finally { rwl.readLock().unlock(); } } } ~~~ ?　　此時打印的結果為： ~~~ Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0讀操作完畢 Thread-1讀操作完畢 ~~~ 　　說明thread1和thread2在同時進行讀操作。 　　這樣就大大提升了讀操作的效率。 　　不過要注意的是，如果有一個線程已經占用了讀鎖，則此時其他線程如果要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。 　　如果有一個線程已經占用了寫鎖，則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。 　　關于ReentrantReadWriteLock類中的其他方法感興趣的朋友可以自行查閱API文檔。 　　**5.Lock和synchronized的選擇** 　　總結來說，Lock和synchronized有以下幾點不同： 　　1）Lock是一個接口，而synchronized是Java中的關鍵字，synchronized是內置的語言實現； 　　2）synchronized在發生異常時，會自動釋放線程占有的鎖，因此不會導致死鎖現象發生；而Lock在發生異常時，如果沒有主動通過unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現象，因此使用Lock時需要在finally塊中釋放鎖； 　　3）Lock可以讓等待鎖的線程響應中斷，而synchronized卻不行，使用synchronized時，等待的線程會一直等待下去，不能夠響應中斷； 　　4）通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖，而synchronized卻無法辦到。 　　5）Lock可以提高多個線程進行讀操作的效率。 　　在性能上來說，如果競爭資源不激烈，兩者的性能是差不多的，而當競爭資源非常激烈時（即有大量線程同時競爭），此時Lock的性能要遠遠優于synchronized。所以說，在具體使用時要根據適當情況選擇。 ## 三.鎖的相關概念介紹 　　在前面介紹了Lock的基本使用，這一節來介紹一下與鎖相關的幾個概念。 　　**1.可重入鎖** 　　如果鎖具備可重入性，則稱作為可重入鎖。像synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖，可重入性在我看來實際上表明了鎖的分配機制：基于線程的分配，而不是基于方法調用的分配。舉個簡單的例子，當一個線程執行到某個synchronized方法時，比如說method1，而在method1中會調用另外一個synchronized方法method2，此時線程不必重新去申請鎖，而是可以直接執行方法method2。 　　看下面這段代碼就明白了： ~~~ class MyClass { public synchronized void method1() { method2(); } public synchronized void method2() { } } ~~~ ?　　上述代碼中的兩個方法method1和method2都用synchronized修飾了，假如某一時刻，線程A執行到了method1，此時線程A獲取了這個對象的鎖，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具備可重入性，此時線程A需要重新申請鎖。但是這就會造成一個問題，因為線程A已經持有了該對象的鎖，而又在申請獲取該對象的鎖，這樣就會線程A一直等待永遠不會獲取到的鎖。 　　而由于synchronized和Lock都具備可重入性，所以不會發生上述現象。 　　**2.可中斷鎖** 　　可中斷鎖：顧名思義，就是可以相應中斷的鎖。 　　在Java中，synchronized就不是可中斷鎖，而Lock是可中斷鎖。 　　如果某一線程A正在執行鎖中的代碼，另一線程B正在等待獲取該鎖，可能由于等待時間過長，線程B不想等待了，想先處理其他事情，我們可以讓它中斷自己或者在別的線程中中斷它，這種就是可中斷鎖。 　　在前面演示lockInterruptibly()的用法時已經體現了Lock的可中斷性。 　　**3.公平鎖** 　　公平鎖即盡量以請求鎖的順序來獲取鎖。比如同是有多個線程在等待一個鎖，當這個鎖被釋放時，等待時間最久的線程（最先請求的線程）會獲得該所，這種就是公平鎖。 　　非公平鎖即無法保證鎖的獲取是按照請求鎖的順序進行的。這樣就可能導致某個或者一些線程永遠獲取不到鎖。 　　在Java中，synchronized就是非公平鎖，它無法保證等待的線程獲取鎖的順序。 　　而對于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默認情況下是非公平鎖，但是可以設置為公平鎖。 　　看一下這2個類的源代碼就清楚了： 　　 　　在ReentrantLock中定義了2個靜態內部類，一個是NotFairSync，一個是FairSync，分別用來實現非公平鎖和公平鎖。 　　我們可以在創建ReentrantLock對象時，通過以下方式來設置鎖的公平性： `ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);` ?　　如果參數為true表示為公平鎖，為fasle為非公平鎖。默認情況下，如果使用無參構造器，則是非公平鎖。 　　 　　另外在ReentrantLock類中定義了很多方法，比如： 　　isFair()??????? //判斷鎖是否是公平鎖 　　isLocked()??? //判斷鎖是否被任何線程獲取了 　　isHeldByCurrentThread()?? //判斷鎖是否被當前線程獲取了 　　hasQueuedThreads()?? //判斷是否有線程在等待該鎖 　　在ReentrantReadWriteLock中也有類似的方法，同樣也可以設置為公平鎖和非公平鎖。不過要記住，ReentrantReadWriteLock并未實現Lock接口，它實現的是ReadWriteLock接口。 　　**4.讀寫鎖** 　　讀寫鎖將對一個資源（比如文件）的訪問分成了2個鎖，一個讀鎖和一個寫鎖。 　　正因為有了讀寫鎖，才使得多個線程之間的讀操作不會發生沖突。 　　ReadWriteLock就是讀寫鎖，它是一個接口，ReentrantReadWriteLock實現了這個接口。 　　可以通過readLock()獲取讀鎖，通過writeLock()獲取寫鎖。 　　上面已經演示過了讀寫鎖的使用方法，在此不再贅述。 　　參考資料： 　　[http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17487337](http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17487337) 　　[http://houlinyan.iteye.com/blog/1112535](http://houlinyan.iteye.com/blog/1112535) 　　[http://ifeve.com/locks/](http://ifeve.com/locks/) 　　[http://ifeve.com/read-write-locks/](http://ifeve.com/read-write-locks/) 　　[http://blog.csdn.net/fancyerii/article/details/6783224](http://blog.csdn.net/fancyerii/article/details/6783224) 　　[http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7461369/](http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7461369/) 　　[http://blog.csdn.net/zhaozhenzuo/article/details/37109015](http://blog.csdn.net/zhaozhenzuo/article/details/37109015)