Java提供了synchronized為什么還要提供Lock

再造輪子？

既然JVM中提供了synchronized關(guān)鍵字來保證只有一個線程能夠訪問同步代碼塊，為何還要提供Lock接口呢？這是在重復(fù)造輪子嗎？Java的設(shè)計者們?yōu)楹我@樣做呢？讓我們一起帶著疑問往下看。

為何提供Lock接口？

很多小伙伴可能會聽說過，在Java 1.5版本中，synchronized的性能不如Lock，但在Java 1.6版本之后，synchronized做了很多優(yōu)化，性能提升了不少。那既然synchronized關(guān)鍵字的性能已經(jīng)提升了，那為何還要使用Lock呢？

如果我們向更深層次思考的話，就不難想到了：我們使用synchronized加鎖是無法主動釋放鎖的，這就會涉及到死鎖的問題。

死鎖問題

如果要發(fā)生死鎖，則必須存在以下四個必要條件，四者缺一不可。

 

• 互斥條件

在一段時間內(nèi)某資源僅為一個線程所占有。此時若有其他線程請求該資源，則請求線程只能等待。

• 不可剝奪條件

線程所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其他線程強行奪走，即只能由獲得該資源的線程自己來釋放（只能是主動釋放)。

• 請求與保持條件

線程已經(jīng)保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其他線程占有，此時請求線程被阻塞，但對自己已獲得的資源保持不放。

• 循環(huán)等待條件

在發(fā)生死鎖時必然存在一個進程等待隊列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的資源，P2等待P3占有的資源，…，Pn等待P1占有的資源，形成一個進程等待環(huán)路，環(huán)路中每一個進程所占有的資源同時被另一個申請，也就是前一個進程占有后一個進程所深情地資源。

synchronized的局限性

如果我們的程序使用synchronized關(guān)鍵字發(fā)生了死鎖時，synchronized關(guān)鍵是是無法破壞“不可剝奪”這個死鎖的條件的。這是因為synchronized申請資源的時候， 如果申請不到， 線程直接進入阻塞狀態(tài)了， 而線程進入阻塞狀態(tài)， 啥都干不了， 也釋放不了線程已經(jīng)占有的資源。

然而，在大部分場景下，我們都是希望“不可剝奪”這個條件能夠被破壞。也就是說對于“不可剝奪”這個條件，占用部分資源的線程進一步申請其他資源時， 如果申請不到， 可以主動釋放它占有的資源， 這樣不可剝奪這個條件就破壞掉了。

如果我們自己重新設(shè)計鎖來解決synchronized的問題，我們該如何設(shè)計呢？

解決問題

了解了synchronized的局限性之后，如果是讓我們自己實現(xiàn)一把同步鎖，我們該如何設(shè)計呢？也就是說，我們在設(shè)計鎖的時候，要如何解決synchronized的局限性問題呢？這里，我覺得可以從三個方面來思考這個問題。

（1）能夠響應(yīng)中斷。synchronized的問題是， 持有鎖A后， 如果嘗試獲取鎖B失敗， 那么線程就進入阻塞狀態(tài)， 一旦發(fā)生死鎖， 就沒有任何機會來喚醒阻塞的線程。但如果阻塞狀態(tài)的線程能夠響應(yīng)中斷信號， 也就是說當(dāng)我們給阻塞的線程發(fā)送中斷信號的時候， 能夠喚醒它， 那它就有機會釋放曾經(jīng)持有的鎖A。這樣就破壞了不可剝奪條件了。

（2）支持超時。如果線程在一段時間之內(nèi)沒有獲取到鎖， 不是進入阻塞狀態(tài)， 而是返回一個錯誤， 那這個線程也有機會釋放曾經(jīng)持有的鎖。這樣也能破壞不可剝奪條件。

（3）非阻塞地獲取鎖。如果嘗試獲取鎖失敗， 并不進入阻塞狀態(tài)， 而是直接返回， 那這個線程也有機會釋放曾經(jīng)持有的鎖。這樣也能破壞不可剝奪條件。

體現(xiàn)在Lock接口上，就是Lock接口提供的三個方法，如下所示。

// 支持中斷的API
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
// 支持超時的API
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// 支持非阻塞獲取鎖的API
boolean tryLock();

• lockInterruptibly()

支持中斷。

• tryLock()方k

tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true，如果獲取失?。存i已被其他線程獲取），則返回false，也就說這個方法無論如何都會立即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。

• tryLock(long time, TimeUnit  unit)方法

tryLock(long time, TimeUnit  unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區(qū)別在于這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內(nèi)如果還拿不到鎖，就返回false。如果一開始拿到鎖或者在等待期間內(nèi)拿到了鎖，則返回true。

也就是說，對于死鎖問題，Lock能夠破壞不可剝奪的條件，例如，我們下面的程序代碼就破壞了死鎖的不可剝奪的條件。

public class TansferAccount{
    private Lock thisLock = new ReentrantLock();
    private Lock targetLock = new ReentrantLock();
    //賬戶的余額
    private Integer balance;
    //轉(zhuǎn)賬操作
    public void transfer(TansferAccount target, Integer transferMoney){
        boolean isThisLock = thisLock.tryLock();
        if(isThisLock){
            try{
                boolean isTargetLock = targetLock.tryLock();
                if(isTargetLock){
                    try{
                         if(this.balance >= transferMoney){
                            this.balance -= transferMoney;
                            target.balance += transferMoney;
                        }   
                    }finally{
                        targetLock.unlock
                    }
                }
            }finally{
                thisLock.unlock();
            }
        }
    }
}

例外，Lock下面有一個ReentrantLock，而ReentrantLock支持公平鎖和非公平鎖。

在使用ReentrantLock的時候， ReentrantLock中有兩個構(gòu)造函數(shù)， 一個是無參構(gòu)造函數(shù)， 一個是傳入fair參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。fair參數(shù)代表的是鎖的公平策略， 如果傳入true就表示需要構(gòu)造一個公平鎖， 反之則表示要構(gòu)造一個非公平鎖。如下代碼片段所示。

//無參構(gòu)造函數(shù)： 默認(rèn)非公平鎖
public ReentrantLock() {
 sync = new NonfairSync();
} 
//根據(jù)公平策略參數(shù)創(chuàng)建鎖
public ReentrantLock(boolean fair){
 sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

鎖的實現(xiàn)在本質(zhì)上都對應(yīng)著一個入口等待隊列， 如果一個線程沒有獲得鎖， 就會進入等待隊列， 當(dāng)有線程釋放鎖的時候， 就需要從等待隊列中喚醒一個等待的線程。如果是公平鎖， 喚醒的策略就是誰等待的時間長， 就喚醒誰， 很公平；如果是非公平鎖， 則不提供這個公平保證， 有可能等待時間短的線程反而先被喚醒。 而Lock是支持公平鎖的，synchronized不支持公平鎖。

最后，值得注意的是，在使用Lock加鎖時，一定要在finally{}代碼塊中釋放鎖，例如，下面的代碼片段所示。

try{
    lock.lock();
}finally{
    lock.unlock();
}