深入理解java內(nèi)置鎖(synchronized)和顯式鎖(ReentrantLock)

synchronized 和 Reentrantlock

多線程編程中，當(dāng)代碼需要同步時我們會用到鎖。Java為我們提供了內(nèi)置鎖(synchronized)和顯式鎖(ReentrantLock)兩種同步方式。顯式鎖是JDK1.5引入的，這兩種鎖有什么異同呢？是僅僅增加了一種選擇還是另有其因？本文為您一探究竟。

// synchronized關(guān)鍵字用法示例
public synchronized void add(int t){// 同步方法
  this.v += t;
}

public static synchronized void sub(int t){// 同步靜態(tài)方法
  value -= t;
}
public int decrementAndGet(){
  synchronized(obj){// 同步代碼塊
    return --v;
  }
}

這就是內(nèi)置鎖的全部用法，你已經(jīng)學(xué)會了。

內(nèi)置鎖使用起來非常方便，不需要顯式的獲取和釋放，任何一個對象都能作為一把內(nèi)置鎖。使用內(nèi)置鎖能夠解決大部分的同步場景?！叭魏我粋€對象都能作為一把內(nèi)置鎖”也意味著出現(xiàn)synchronized關(guān)鍵字的地方，都有一個對象與之關(guān)聯(lián)，具體說來：

當(dāng)synchronized作用于普通方法是，鎖對象是this；

當(dāng)synchronized作用于靜態(tài)方法是，鎖對象是當(dāng)前類的Class對象；

當(dāng)synchronized作用于代碼塊時，鎖對象是synchronized(obj)中的這個obj。

顯式鎖

內(nèi)置鎖這么好用，為什么還需多出一個顯式鎖呢？因為有些事情內(nèi)置鎖是做不了的，比如：

我們想給鎖加個等待時間超時時間，超時還未獲得鎖就放棄，不至于無限等下去；

我們想以可中斷的方式獲取鎖，這樣外部線程給我們發(fā)一個中斷信號就能喚起等待鎖的線程；

我們想為鎖維持多個等待隊列，比如一個生產(chǎn)者隊列，一個消費者隊列，一邊提高鎖的效率。

顯式鎖(ReentrantLock)正式為了解決這些靈活需求而生。ReentrantLock的字面意思是可重入鎖，可重入的意思是線程可以同時多次請求同一把鎖，而不會自己導(dǎo)致自己死鎖。下面是內(nèi)置鎖和顯式鎖的區(qū)別：

可定時：RenentrantLock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit)提供了一種以定時結(jié)束等待的方式，如果線程在指定的時間內(nèi)沒有獲得鎖，該方法就會返回false并結(jié)束線程等待。

可中斷：你一定見過InterruptedException，很多跟多線程相關(guān)的方法會拋出該異常，這個異常并不是一個缺陷導(dǎo)致的負擔(dān)，而是一種必須，或者說是一件好事?？芍袛嘈越o我們提供了一種讓線程提前結(jié)束的方式（而不是非得等到線程執(zhí)行結(jié)束），這對于要取消耗時的任務(wù)非常有用。對于內(nèi)置鎖，線程拿不到內(nèi)置鎖就會一直等待，除了獲取鎖沒有其他辦法能夠讓其結(jié)束等待。RenentrantLock.lockInterruptibly()給我們提供了一種以中斷結(jié)束等待的方式。

條件隊列(condition queue)：線程在獲取鎖之后，可能會由于等待某個條件發(fā)生而進入等待狀態(tài)（內(nèi)置鎖通過Object.wait()方法，顯式鎖通過Condition.await()方法），進入等待狀態(tài)的線程會掛起并自動釋放鎖，這些線程會被放入到條件隊列當(dāng)中。synchronized對應(yīng)的只有一個條件隊列，而ReentrantLock可以有多個條件隊列，多個隊列有什么好處呢？請往下看。

條件謂詞：線程在獲取鎖之后，有時候還需要等待某個條件滿足才能做事情，比如生產(chǎn)者需要等到“緩存不滿”才能往隊列里放入消息，而消費者需要等到“緩存非空”才能從隊列里取出消息。這些條件被稱作條件謂詞，線程需要先獲取鎖，然后判斷條件謂詞是否滿足，如果不滿足就不往下執(zhí)行，相應(yīng)的線程就會放棄執(zhí)行權(quán)并自動釋放鎖。使用同一把鎖的不同的線程可能有不同的條件謂詞，如果只有一個條件隊列，當(dāng)某個條件謂詞滿足時就無法判斷該喚醒條件隊列里的哪一個線程；但是如果每個條件謂詞都有一個單獨的條件隊列，當(dāng)某個條件滿足時我們就知道應(yīng)該喚醒對應(yīng)隊列上的線程（內(nèi)置鎖通過Object.notify()或者Object.notifyAll()方法喚醒，顯式鎖通過Condition.signal()或者Condition.signalAll()方法喚醒）。這就是多個條件隊列的好處。

使用內(nèi)置鎖時，對象本身既是一把鎖又是一個條件隊列；使用顯式鎖時，RenentrantLock的對象是鎖，條件隊列通過RenentrantLock.newCondition()方法獲取，多次調(diào)用該方法可以得到多個條件隊列。

一個使用顯式鎖的典型示例如下：

// 顯式鎖的使用示例
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

// 獲取鎖，這是跟synchronized關(guān)鍵字對應(yīng)的用法。
lock.lock();
try{
  // your code
}finally{
  lock.unlock();
}

// 可定時，超過指定時間為得到鎖就放棄
try {
  lock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS);
  try {
    // your code
  }finally {
    lock.unlock();
  }
} catch (InterruptedException e1) {
  // exception handling
}

// 可中斷，等待獲取鎖的過程中線程線程可被中斷
try {
  lock.lockInterruptibly();
  try {
    // your code
  }finally {
    lock.unlock();
  }
} catch (InterruptedException e) {
  // exception handling
}

// 多個等待隊列，具體參考[ArrayBlockingQueue](https://github.com/CarpenterLee/JCRecipes/blob/master/markdown/ArrayBlockingQueue.md)
/** Condition for waiting takes */
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
/** Condition for waiting puts */
private final Condition notFull = lock.newCondition();

注意，上述代碼將unlock()放在finally塊里，這么做是必需的。顯式鎖不像內(nèi)置鎖那樣會自動釋放，使用顯式鎖一定要在finally塊中手動釋放，如果獲取鎖后由于異常的原因沒有釋放鎖，那么這把鎖將永遠得不到釋放！將unlock()放在finally塊中，保證無論發(fā)生什么都能夠正常釋放。

結(jié)論

內(nèi)置鎖能夠解決大部分需要同步的場景，只有在需要額外靈活性是才需要考慮顯式鎖，比如可定時、可中斷、多等待隊列等特性。

顯式鎖雖然靈活，但是需要顯式的申請和釋放，并且釋放一定要放到finally塊中，否則可能會因為異常導(dǎo)致鎖永遠無法釋放！這是顯式鎖最明顯的缺點。

綜上，當(dāng)需要同步時請優(yōu)先考慮更安全的更易用的隱式鎖。