第五章_Java 中的锁
目录
- Lock 接口
- 队列同步器
- 重入锁
- 读写锁
- LockSupport 工具
- Condition 接口
Lock 接口
锁是用来控制多个线程访问共享资源的方式。一般来说，一个锁能够防止多个线程同时访问共享资源（但是有些锁可以允许多个线程并发的方法共享资源，比如读写锁）。在 Lock 接口出现之前，Java 程序是靠 synchronized 关键字实现锁功能的，而 Java 5 之后，并发包中新增了 Lock 接口用来实现锁功能，它提供了与 synchronized 关键字类似的同步功能，只是在使用时需要显式的获取和释放锁。虽然它缺少了 synchronized 隐式获取释放锁的便捷性，但是却拥有了锁获取与释放的可操作性、可中断的获取锁以及超时获取锁等多种 synchronized 关键字所不具备的同步特性。
Lock 接口提供的 synchronized 关键字所不具备的主要特性有：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 尝试非阻塞的获取锁 | 当前线程尝试获取锁，如果这一时刻没有被其他线程获取到，则成功获取并持有锁 |
| 能被中断的获取锁 | 与 synchronized 不同，获取到锁的线程能够响应中断，当获取锁的线程被中断时，中断异常将会被抛出，同时锁会被释放 |
| 超时获取锁 | 在指定的截止时间之前获取锁，如果截止时间到了仍旧无法释放锁，则返回 |
Lock 是一个接口，它定义了锁获取和释放的基本操作，Lock 的 API 如下：
| 方法名称 | 描述 |
|---|---|
| void lock() | 获取锁，调用该方法当前线程将会获取锁，当锁获得后，从该方法返回 |
| Void lockInterruptibly() | 可中断的获取锁，和 lock 方法不同之处在于该方法会响应中断，即在锁的获取中可以中断当前线程 |
| boolean tryLock() | 尝试非阻塞的获取锁，调用该方法后立即返回，如果能够获取锁则返回 true，否则返回 false |
| void unlock() | 释放锁 |
队列同步器
队列同步器 AbstractQueuedSynchronizer，是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架，它使用一个 int 成员变量表示同步状态，通过内置的 FIFO 队列来完成资源获取线程的排队工作。
同步器的主要使用方式是继承，子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态，在抽象方法的实现过程中免了要对同步状态进行更改，这时就需要使用同步器提供的三个方法（ getState、setState(int newState)、compareAndSetState(int expect,int update)）来进行操作，因为它们能够保证状态的改变是安全的。同步器既可以支持独占式的获取同步状态，也可以支持共享式的获取同步状态，这样就可以方便的实现不同类型的同步组件（ ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 等等）。
重入锁
重入锁，ReentrantLock，顾名思义，就是支持重进入的锁，它表示该锁能够支持一个线程对资源的重复加锁。除此之外，该锁还支持获取锁时的公平和非公平性选择。
ReentrantLock 虽然没能像 synchronized 关键字一样支持隐式的重进入，但是在调用 lock 方法时，已经获取到锁的线程，能够再次调用 lock 方法获取锁而不被阻塞。
公平的获取锁即锁获取是顺序的，ReentrantLock 提供了一个构造方法，能够控制锁获取是否是公平的。事实上，公平锁机制往往没有非公平的效率高。
重进入是指任意线程在获取到锁之后能够再次获取该锁而不会被自己阻塞，该特性需要解决以下两个问题：
-
线程再次获取锁
锁需要去识别获取锁的线程是否为当前占据锁的线程，如果是，则再次成功获取。
-
锁的最终释放
线程重复 n 次获取锁，就需要 n 次的解锁。
读写锁
Java 并发包提供读写锁的实现是 ReentrantReadWriteLock。
之前提到的锁基本都是排他锁，这些锁在同一时刻只允许一个线程进行访问，而读写锁在同一时刻可以允许多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程均被阻塞。读写锁维护了一对锁，一个读锁一个写锁，通过分离读锁和写锁，使得并发性相比一般的排他锁有了很大提升。
public class ReentrantLockDemo {
static Map<String,Object> map=new HashMap<>();
static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock=new ReentrantReadWriteLock();
static Lock readLock=reentrantReadWriteLock.readLock();
static Lock writeLock=reentrantReadWriteLock.writeLock();
//获取一个 key 对应的 value
public static final Object get(String key){
readLock.lock();
try {
return map.get(key);
} finally {
readLock.unlock();
}
}
//设置 key 对应的 value，并返回旧的 value
public static final Object put(String key,Object value){
writeLock.lock();
try {
return map.put(key,value);
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
//清空所有数据
public static final void clear(){
writeLock.lock();
try {
map.clear();
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
}
LockSupport 工具
LockSupport 定义了一组公共的静态方法，这些方法提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能，而 LockSupport 也成为了构建同步组件的基础工具。
| 方法名称 | 描述 |
|---|---|
| void park() | 阻塞当前线程，如果调用 unpark(Thread thread) 方法或者当前线程被中断，才能从 park() 方法返回 |
| void parkNaons(long nanos) | 在 park 的基础上增加了超时返回 |
| void unpark(Thread thread) | 唤醒处于阻塞状态的 |
Condition 接口
任意一个 Java 对象，都拥有一组监视器方法（ 定义在 java.long.Object 上 ），主要包括 wait()、wait(long timeout)、notify、以及 notifyAll 方法，这些方法与 synchronized 同步关键字配合，可以实现等待 / 通知模式。Condition 接口也提供了类似 Object 的监视器方法，与 Lock 配合可以实现等待 / 通知模式。
