Java中的锁实现原理及优缺点
本篇内容介绍了"Java中的锁实现原理及优缺点"的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！
locks包结构层次
Lock 接口
| 方法签名 | 描述 |
|---|---|
| void lock(); | 获取锁（不死不休） |
| boolean tryLock(); | 获取锁（浅尝辄止） |
| boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; | 获取锁（过时不候） |
| void lockInterruptibly() throws InterruptedException; | 获取锁（任人摆布） |
| void unlock(); | 释放锁 |
| Condition newCondition(); |
代码示例：
public class GetLockDemo { // 公平锁 // static Lock lock =new ReentrantLock(true); // 非公平锁 static Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 主线程 拿到锁 lock.lock(); Thread thread = new Thread( () -> { // 子线程 获取锁（不死不休） System.out.println("begain to get lock..."); lock.lock(); System.out.println("succeed to get lock..."); // // 子线程 获取锁(浅尝辄止) // boolean result = lock.tryLock(); // System.out.println("是否获得到锁：" + result); // // // 子线程 获取锁(过时不候) // try { // boolean result1 = lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS); // System.out.println("是否获得到锁：" + result1); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } // // // 子线程 获取锁（任人摆布） // try { // System.out.println("start to get lock Interruptibly"); // lock.lockInterruptibly(); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // System.out.println("dad asked me to stop..."); // } }); thread.start(); Thread.sleep(10000L); lock.unlock(); }}结论：
lock() 最常用
lockInterruptibly() 方法一般更昂贵，有的实现类可能没有实现 lockInterruptible() 方法。只有真的需要用中断时，才使用，使用前应看清实现类对该方法的描述。
Condition
Object中的wait(), notify(), notifyAll()方法是和synchronized配合使用的可以唤醒一个或者多个线程。Condition是需要与Lock配合使用的，提供多个等待集合和更精确的控制（底层是park/unpark机制）； | 协作方式 | 死锁方式1 （锁） | 死锁方式2（先唤醒，再挂起）| 备注 | | ---- | ---- | ---- |---- | | suspend/resume | 死锁 | 死锁 | 弃用 | | wait/notify | 不死锁 | 死锁 | 只用于synchronized关键字 | | park/unpark | 死锁 | 不死锁 | | | condition | 不死锁 | 死锁 | |
condition代码示例：
public class ConditionDemo { static Lock lock = new ReentrantLock(); static Condition condition = lock.newCondition(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread thread = new Thread( () -> { lock.lock(); System.out.println("condition.await()"); try { condition.await(); System.out.println("here i am..."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } }); thread.start(); Thread.sleep(2000L); lock.lock(); condition.signalAll(); lock.unlock(); }}ReetrantLock
ReentrantLock是可重入锁，同一线程可以多次获取到锁 
ReentrantLock实现原理分析
ReentrantLock需要一个owner用来标记那个线程获取到了锁，一个count用来记录加锁的次数和一个waiters等待队列用来存放没有抢到锁的线程列表
当有线程进来时，会先判断count的值，如果count为0说明锁没有被占用
然后通过CAS操作进行抢锁
如果抢到锁则count的值会加1，同时将owner设置为当前线程的引用
如果count不为0同时owner指向当前线程的引用，则将count的值加1
如果count不为0同时owner指向的不是当前线程的引用，则将线程放入等待队列waiters中
如果CAS抢锁失败，则将线程放入等待队列waiters中
当线程使用完锁后，会释放其持有的锁，释放锁时会将count的值减1，如果count值为0则将owner设为null
如果count值不为0则会唤醒等待队列头部的线程进行抢锁
手动实现ReentrantLock代码示例：
public class MyReentrantLock implements Lock { // 标记重入次数的count值 private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); // 锁的拥有者 private AtomicReference owner = new AtomicReference<>(); // 等待队列 private LinkedBlockingDeque waiters = new LinkedBlockingDeque<>(); @Override public boolean tryLock() { // 判断count是否为0，若count！=0，说明锁被占用 int ct = count.get(); if (ct != 0) { // 判断锁是否被当前线程占用，若被当前线程占用，做重入操作，count+=1 if (owner.get() == Thread.currentThread()) { count.set(ct + 1); return true; } else { // 若不是当前线程占用，互斥，抢锁失败，return false return false; } } else { // 若count=0， 说明锁未被占用，通过CAS（0，1） 来抢锁 if (count.compareAndSet(ct, ct + 1)) { // 若抢锁成功，设置owner为当前线程的引用 owner.set(Thread.currentThread()); return true; } else { return false; } } } @Override public void lock() { // 尝试抢锁 if (!tryLock()) { // 如果失败，进入等待队列 waiters.offer(Thread.currentThread()); // 自旋 for (; ; ) { // 判断是否是队列头部，如果是 Thread head = waiters.peek(); if (head == Thread.currentThread()) { // 再次尝试抢锁 if (!tryLock()) { // 若抢锁失败，挂起线程，继续等待 LockSupport.park(); } else { // 若成功，就出队列 waiters.poll(); return; } } else { // 如果不是队列头部，就挂起线程 LockSupport.park(); } } } } public boolean tryUnlock() { // 判断，是否是当前线程占有锁，若不是，抛异常 if (owner.get() != Thread.currentThread()) { throw new IllegalMonitorStateException(); } else { // 如果是，就将count-1 若count变为0 ，则解锁成功 int ct = count.get(); int nextc = ct - 1; count.set(nextc); // 判断count值是否为0 if (nextc == 0) { owner.compareAndSet(Thread.currentThread(), null); return true; } else { return false; } } } @Override public void unlock() { // 尝试释放锁 if (tryUnlock()) { // 获取队列头部， 如果不为null则将其唤醒 Thread thread = waiters.peek(); if (thread != null) { LockSupport.unpark(thread); } } } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return false; } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {} @Override public Condition newCondition() { return null; }} synchronized VS Lock
synchronized： 优点：
使用简单，语义清晰，哪里需要点哪里
由JVM提供，提供了多种优化方案（锁粗化，锁消除，偏向锁，轻量级锁）
锁的释放由虚拟机完成，不用人工干预，降低了死锁的可能性
缺点：悲观的排他锁，无法实现锁的高级功能如公平锁，读写锁等
Lock： 优点：可以实现synchronized无法实现的锁的高级功能如公平锁，读写锁等，同时还可以实现更多的功能
缺点：需手动释放锁unlock，使用不当容易造成死锁
结论: 两者都是可重入锁，synchronized可以类比为傻瓜相机，提供了固定的功能，而Lock可以类比为单方，可以根据需要调节所需的功能
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