摘要:
我们已经知道 synchronized是java关键字，是java的内置特性，在JVM层面实现了对临界资源的互斥访问，但synchronized粒度有些大，实际处理问题中有很多局限，比如相应终端等。Lock 提供了比synchronized 更广泛的锁操作，更优雅的方式处理线程同步问题，本文以两者的对比为切入点，最后介绍了一些锁的概念。
一. synchronized 的局限性 与 Lock 的优点
如果一个代码块被synchronized关键字修饰，当一个线程获取了相应的锁，并执行该代码时，其他线程只能等待知道占有该锁的线程释放掉。占有锁的线程释放锁，一般为以下三种情况：
- 占有锁的线程执行完了该代码块，然后释放对该锁的占有
- 占有锁的线程发生了异常，JVM会让线程自动释放该锁
- 占有线程进入WAITING状态从而释放锁，例如在该线程中调用wait()方法等
synchronized是java语言的内置特性，可以轻松实现对临界资源的互斥访问。那么还出现了Lock呢？试下考虑以下三种情况：
- 在使用synchronized情况下，假如占有锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是没有释放锁，那么其他线程就只能一直等待，别无他法。这会极大影响程序的执行效率。因此，就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无限期的等待下去，（比如只等待一定时间，解决方案：tryLock(long time, TimeUnit unit) ）或者能够相应中断（解决方案：lockInterruptibly() ）这种情况可以通过lock解决。
- 当多个线程读写文件时，读操作和写操作都会发生冲突现象，写操作和写操作也会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。但是如果使用了synchronized关键字实现同步的时候，当多个线程都是进行读操作，也只有一个线程可以进行读操作，其他线程只能等待锁的释放而无法进行其他操作，所以需要一种机制，当多个线程都是进行读操作的时候，线程之间不会发生冲突，同样的，Lock也可以同样解决这种情况。（解决方案：ReentrantReadWriteLock ）
- 我们可以通过lock得知线程有没有成功获取到锁，（解决方案：ReentrantLock）,但是 这个是 synchronized无法办到的。
上面三种情形都可以通过Lock来解决，synchronized却无能为力，事实上，Lock是java.util.concurrent.locks 包下接口，提供了比synchronized更灵活，更广泛，粒度更细的锁操作。他能以更优雅的方式处理线程同步问题。但要注意以下节点：
- synchronized是Java的关键字，因此是Java的内置特性，是基于JVM层面实现的，其经过编译之后，会在同步块的前后分别形成 monitorenter 和 monitorexit 两个字节码指令； 而lock是一个接口，是基于JDK层面实现的，通过这个接口可以实现同步访问。
- 采用synchronized方式不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用； 而Lock必须去手动释放锁（发生异常，也不会自动释放锁），如果没有主动释放锁，就有可能导致死锁现象。
这是很好理解的。Synchronized方式是Java原生支持的，开发人员在使用它来解决并发问题时，一定会方便很多，在这里，开发人员就不需要手动获取锁和释放锁，这些操作均有Java自身自动完成；而Lock方式是JDK层面的提供给开发人员的接口，因此开发人员在使用它来解决并发问题时，需要手动获取锁和释放锁。
二. java.util.concurrent.locks包下常用的类与接口
1、Lock
通过Lock源码可知，Lock 是一个接口：
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
下面来逐个分析接口：
1).lock()
在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？ 首先，lock()方法是使用最多的，来获取锁。如果锁被其他线程获取，则进行等待。在前面已经讲到，如果采用Lock,必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁，一般来说，使用 lock 必须在 try catch 块中，并将释放锁的操作放在 finally中进行，以保证锁一定被释放，防止死锁的发生，形式如下：
Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
//处理任务
}catch(Exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
2). tryLock() & tryLock(long time, TimeUnit unit)
tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true；如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就是说，这个方法无论如何都会立即返回（在拿不到锁时不会一直在那等待）。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false，同时可以响应中断。如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。
Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
try{
//处理任务
}catch(Exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
}else {
//如果不能获取锁，则直接做其他事情
}
3). lockInterruptibly()
lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程 正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。例如，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。
由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出 InterruptedException，但推荐使用后者，原因稍后阐述。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，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为interrupt()方法只能中断阻塞过程中的线程而不能中断正在运行过程中的线程。因此，当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，那么只有进行等待的情况下，才可以响应中断的。与 synchronized 相比，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。
最佳实践 (Best Practice)：在使用Lock时，无论以哪种方式获取锁，习惯上最好一律将获取锁的代码放到 try…catch… 之外，因为我们一般将锁的unlock操作放到finally子句中，如果线程没有获取到锁，在执行finally子句时，就会执行unlock操作，从而抛出 IllegalMonitorStateException，因为该线程并未获得到锁却执行了解锁操作。
2、ReentrantLock
ReentrantLock，即可重入锁。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例学习如何使用 ReentrantLock。
注意：lock 被声明为 成员变量或者局部变量，有本质区别
3、ReadWriteLock
ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：
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();
}
一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说，将对临界资源的读写操作分成两个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的 ReentrantReadWriteLock 实现了 ReadWriteLock 接口。
4、ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock 实现了 ReadWriteLock 接口( 注意，ReentrantReadWriteLock 并没有实现 Lock 接口 )，其包含两个很重要的方法：readLock() 和 writeLock() 分别用来获取读锁和写锁，并且这两个锁实现了Lock接口。
5、Lock 和 Synchronized 的选择
(1). Lock是一个接口，是JDK层面的实现；而synchronized是Java中的关键字，是Java的内置特性，是JVM层面的实现；
(2). synchronized 在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；
(3). Lock 可以让等待锁的线程响应中断，而使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
(4). 通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到；
(5). Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。
在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的。而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。
三. 锁的相关概念介绍
- 可重入锁
如果锁具备可重入性，则称作为 可重入锁 。像 synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁，可重入性实际上表明了 锁的分配粒度：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，
class MyClass {
public synchronized void method1() {
method2();
}
public synchronized void method2() {
}
}
上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了。假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请锁。但是，这就会造成死锁，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。
- 可中断锁
顾名思义，可中断锁就是可以响应中断的锁，在java 中，synchronized 就是不可中断锁，而Lock 就是可以中断锁。
如果一个线程正在执行锁中的代码，另一线程正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让他中断，或者在别的线程中断它，在前面演示tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。
- 公平锁
公平锁即 尽量 以请求锁的顺序来获取锁。比如，同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。而非公平锁则无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的，这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。
在Java中，synchronized就是非公平锁（抢占锁），它无法保证等待的线程获取锁的顺序。而对于ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为 公平锁（协同式线程调度）。
- 读写锁
读写锁将对临界资源的访问分成了两个锁，一个读锁和一个写锁。正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。可以通过readLock()获取读锁，通过writeLock()获取写锁。
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