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！
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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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