欢送来到《并发王者课》，本文是该系列文章中的第14篇。

在黄金系列中，咱们介绍了并发中一些问题，比方死锁、活锁、线程饥饿等问题。在并发编程中，这些问题无疑都是须要解决的。所以，在铂金系列文章中，咱们会从并发中的问题登程，摸索Java所提供的锁的能力以及它们是如何解决这些问题的。

作为铂金系列文章的第一篇，咱们将从Lock接口开始介绍，因为它是Java中锁的根底，也是并发能力的根底。

一、了解Java中锁的根底：Lock接口

在青铜系列文章中，咱们介绍了通过synchronized关键字实现对办法和代码块加锁的用法。然而，尽管synchronized十分好用、易用，然而它的灵便度却非常无限，不能灵便地管制加锁和开释锁的机会。所以，为了更灵便地应用锁，并满足更多的场景须要，就须要咱们可能自主地定义锁。于是，就有了Lock接口。

了解Lock最直观的形式，莫过于间接在JDK所提供的并发工具类中找到它，如下图所示：

能够看到，Lock接口提供了一些能力API，并有一些具体的实现，如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock等。

1. Lock的五个外围能力API

  • void lock()：获取锁。如果以后锁不可用，则会被阻塞直至锁开释；
  • void lockInterruptibly()：获取锁并容许被中断。这个办法和lock()相似，不同的是，它容许被中断并抛出中断异样。
  • boolean tryLock()：尝试获取锁。会立刻返回后果，而不会被阻塞。
  • boolean tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit)：尝试获取锁并期待一段时间。这个办法和tryLock()，然而它会依据参数期待–会，如果在规定的工夫内未能获取到锁就会放弃；
  • void unlock()：开释锁。

2. Lock的常见实现

在Java并发工具类中，Lock接口有一些实现，比方：

  • ReentrantLock：可重入锁；
  • ReentrantReadWriteLock：可重入读写锁；

除了列举的两个实现外，还有一些其余实现类。对于这些实现，暂且不用具体理解，前面会具体介绍。在目前阶段，你须要了解的是Lock是它们的根底。

二、自定义Lock

接下来，咱们基于后面的示例代码，看看如何将synchronized版本的锁用Lock来实现。

 public static class WildMonster {   private boolean isWildMonsterBeenKilled;      public synchronized void killWildMonster() {     String playerName = Thread.currentThread().getName();     if (isWildMonsterBeenKilled) {       System.out.println(playerName + "未斩杀野怪失败...");       return;     }     isWildMonsterBeenKilled = true;     System.out.println(playerName + "斩获野怪！");   } }

1. 实现一把简略的锁

创立类WildMonsterLock并实现Lock接口，WildMonsterLock将是取代synchronized的要害：

// 自定义锁public class WildMonsterLock implements Lock {    private boolean isLocked = false;    // 实现lock办法    public void lock() {        synchronized (this) {            while (isLocked) {                try {                    wait();                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }            isLocked = true;        }    }        // 实现unlock办法    public void unlock() {        synchronized (this) {            isLocked = false;            this.notify();        }    }}

在实现Lock接口时，你须要实现它上述的所有办法。不过，为了简化代码不便展现，咱们移除了WildMonsterLock类中的tryLock等办法。

对于wait和notify办法的时候，如果你不相熟的话，能够查看青铜系列的文章。这里须要揭示的是，notify在应用时务必要和wait是同一个监视器。

基于方才定义的WildMonsterLock，创立WildMonster类，并在办法killWildMonster中应用WildMonsterLock对象，从而取代synchronized.

// 应用方才自定义的锁 public static class WildMonster {   private boolean isWildMonsterBeenKilled;   public void killWildMonster() {     // 创立锁对象     Lock lock = new WildMonsterLock();      // 获取锁     lock.lock();      try {       String playerName = Thread.currentThread().getName();       if (isWildMonsterBeenKilled) {         System.out.println(playerName + "未斩杀野怪失败...");         return;       }       isWildMonsterBeenKilled = true;       System.out.println(playerName + "斩获野怪！");     } finally {       // 执行完结后，无论如何不要遗记开释锁       lock.unlock();     }   }}

输入后果如下：

哪吒斩获野怪！典韦未斩杀野怪失败...兰陵王未斩杀野怪失败...铠未斩杀野怪失败...Process finished with exit code 0

从后果中能够看到：只有哪吒一人斩获了野怪，其余几个英雄均以失败告终，后果合乎预期。这阐明，WildMonsterLock达到了和synchronized统一的成果。

不过，这里有细节须要留神。在应用synchronized时咱们无需关怀锁的开释，JVM会帮忙咱们主动实现。然而，在应用自定义的锁时，肯定要应用try...finally来确保锁最终肯定会被开释，否则将造成后续线程被阻塞的严重后果。

2. 实现可重入的锁

在synchronized中，锁是能够重入的。所谓锁的可重入，指的是锁能够被线程反复或递归调用。比方，加锁对象中存在多个加锁办法时，当线程在获取到锁进入其中任一办法后，线程应该能够同时进入其余的加锁办法，而不会呈现被阻塞的状况。当然，前提条件是这个加锁的办法用的是同一个对象的锁（监视器）。

在上面这段代码中，办法A和B都是同步办法，并且A中调用B. 那么，线程在调用A时曾经取得了以后对象的锁，那么线程在A中调用B时能够间接调用，这就是锁的可重入性。

public class WildMonster {    public synchronized void A() {        B();    }        public synchronized void B() {       doSomething...    }}

所以，为了让咱们自定义的WildMonsterLock也反对可重入，咱们须要对代码进行一点改变。

public class WildMonsterLock implements Lock {    private boolean isLocked = false;       // 重点：减少字段保留以后取得锁的线程    private Thread lockedBy = null;    // 重点：减少字段记录上锁次数    private int lockedCount = 0;    public void lock() {        synchronized (this) {            Thread callingThread = Thread.currentThread();            // 重点：判断是否为以后线程            while (isLocked && lockedBy != callingThread) {                try {                    wait();                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }            isLocked = true;            lockedBy = callingThread;            lockedCount++;        }    }    public void unlock() {        synchronized (this) {            // 重点：判断是否为以后线程            if (Thread.currentThread() == this.lockedBy) {                lockedCount--;                if (lockedCount == 0) {                    isLocked = false;                    this.notify();                }            }        }    }}

在新的WildMonsterLock中，咱们减少了this.lockedBy和lockedCount字段，并在加锁和解锁时减少对线程的判断。在加锁时，如果以后线程曾经取得锁，那么将不用进入期待。而在解锁时，只有以后线程能解锁。

lockedCount字段则是为了保障解锁的次数和加锁的次数是匹配的，比方加锁了3次，那么相应的也要3次解锁。

3. 关注锁的公平性

在黄金系列文章中，咱们提到了线程在竞争中可能被饿死，因为竞争并不是偏心的。所以，咱们在自定义锁的时候，也该当思考锁的公平性。

三、小结

以上就是对于Lock的全部内容。在本文中，咱们介绍了Lock是Java中各类锁的根底。它是一个接口，提供了一些能力API，并有着残缺的实现。并且，咱们也能够依据须要自定义实现锁的逻辑。所以，在学习Java中各种锁的时候，最好先从Lock接口开始。同时，在代替synchronized的过程中，咱们也能感触到Lock有一些synchronized所不具备的劣势：

  • synchronized用于办法体或代码块，而Lock能够灵便应用，甚至能够逾越办法；
  • synchronized没有公平性，任何线程都能够获取并长期持有，从而可能饿死其余线程。而基于Lock接口，咱们能够实现偏心锁，从而防止一些线程活跃性问题；
  • synchronized被阻塞时只有期待，而Lock则提供了tryLock办法，能够疾速试错，并能够设定工夫限度，应用时更加灵便；
  • synchronized不能够被中断，而Lock提供了lockInterruptibly办法，能够实现中断。

另外，在自定义锁的时候，要思考锁的公平性。而在应用锁的时候，则须要思考锁的平安开释。

夫子的试炼

  • 基于Lock接口，自定义实现一把锁。

延长浏览与参考资料

  • Locks in Java
  • 《并发王者课》纲要与更新进度总览

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