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Java中的鎖
鎖像synchronized同步塊一樣，是一種線程同步機製，但比Java中的synchronized同步塊更複雜。因為鎖（以及其它更高級的線程同步機製）是由synchronized同步塊的方式實現的，所以我們還不能完全擺脫synchronized關鍵字（譯者注：這說的是Java 5之前的情況）。
自Java 5開始，java.util.concurrent.locks包中包含了一些鎖的實現，因此你不用去實現自己的鎖了。但是你仍然需要去了解怎樣使用這些鎖，且了解這些實現背後的理論也是很有用處的。可以參考我對java.util.concurrent.locks.Lock的介紹，以了解更多關於鎖的信息。
以下是本文所涵蓋的主題：
讓我們從java中的一個同步塊開始：
public class Counter{
private int count = 0;
public int inc(){
synchronized(this){
return ++count;
}
}
}可以看到在inc()方法中有一個synchronized(this)代碼塊。該代碼塊可以保證在同一時間隻有一個線程可以執行return ++count。雖然在synchronized的同步塊中的代碼可以更加複雜，但是++count這種簡單的操作已經足以表達出線程同步的意思。
以下的Counter類用Lock代替synchronized達到了同樣的目的：
public class Counter{
private Lock lock = new Lock();
private int count = 0;
public int inc(){
lock.lock();
int newCount = ++count;
lock.unlock();
return newCount;
}
}lock()方法會對Lock實例對象進行加鎖，因此所有對該對象調用lock()方法的線程都會被阻塞，直到該Lock對象的unlock()方法被調用。
這裏有一個Lock類的簡單實現：
public class Counter{
public class Lock{
private boolean isLocked = false;
public synchronized void lock()
throws InterruptedException{
while(isLocked){
wait();
}
isLocked = true;
}
public synchronized void unlock(){
isLocked = false;
notify();
}
}
注意其中的while(isLocked)循環，它又被叫做“自旋鎖”。自旋鎖以及wait()和notify()方法在線程通信這篇文章中有更加詳細的介紹。當isLocked為true時，調用lock()的線程在wait()調用上阻塞等待。為防止該線程沒有收到notify()調用也從wait()中返回（也稱作虛假喚醒）， 這個線程會重新去檢查isLocked條件以決定當前是否可以安全地繼續執行還是需要重新保持等待，而不是認為線程被喚醒了就可以安全地繼續執行了。如果 isLocked為false，當前線程會退出while(isLocked)循環，並將isLocked設回true，讓其它正在調用lock()方法 的線程能夠在Lock實例上加鎖。
當線程完成了臨界區（位於lock()和unlock()之間）中的代碼，就會調用unlock()。執行unlock()會重新將isLocked設置為false，並且通知（喚醒）其中一個（若有的話）在lock()方法中調用了wait()函數而處於等待狀態的線程。
鎖的可重入性
Java中的synchronized同步塊是可重入的。這意味著如果一個java線程進入了代碼中的synchronized同步塊，並因此獲得了該同
步塊使用的同步對象對應的管程上的鎖，那麼這個線程可以進入由同一個管程對象所同步的另一個java代碼塊。下麵是一個例子：
public class Reentrant{
public synchronized outer(){
inner();
}
public synchronized inner(){
//do something
}
}注意outer()和inner()都被聲明為synchronized，這在Java中和synchronized(this)塊等效。如果一個 線程調用了outer()，在outer()裏調用inner()就沒有什麼問題，因為這兩個方法（代碼塊）都由同一個管程對象（”this”)所同步。 如果一個線程已經擁有了一個管程對象上的鎖，那麼它就有權訪問被這個管程對象同步的所有代碼塊。這就是可重入。線程可以進入任何一個它已經擁有的鎖所同步 著的代碼塊。
前麵給出的鎖實現不是可重入的。如果我們像下麵這樣重寫Reentrant類，當線程調用outer()時，會在inner()方法的lock.lock()處阻塞住。
public class Reentrant2{
Lock lock = new Lock();
public outer(){
lock.lock();
inner();
lock.unlock();
}
public synchronized inner(){
lock.lock();
//do something
lock.unlock();
}
}
調用outer()的線程首先會鎖住Lock實例，然後繼續調用inner()。inner()方法中該線程將再一次嚐
public class Reentrant2{ Lock lock = new Lock(); public outer(){ lock.lock(); inner(); lock.unlock(); } public synchronized inner(){ lock.lock(); //do something lock.unlock(); } }
試鎖住Lock實例，結果該動作會失敗（也就是說該線程會被阻塞），因為這個Lock實例已經在outer()方法中被鎖住了。
兩次lock()之間沒有調用unlock()，第二次調用lock就會阻塞，看過lock()實現後，會發現原因很明顯：
public class Lock{
boolean isLocked = false;
public synchronized void lock()
throws InterruptedException{
while(isLocked){
wait();
}
isLocked = true;
}
...
}
一個線程是否被允許退出lock()方法是由while循環（自旋鎖）中的條件決定的。當前的判斷條件是隻有當isLocked為false時lock操作才被允許，而沒有考慮是哪個線程鎖住了它。
為了讓這個Lock類具有可重入性，我們需要對它做一點小的改動：
public class Lock{
boolean isLocked = false;
Thread lockedBy = null;
int lockedCount = 0;
public synchronized void lock()
throws InterruptedException{
Thread callingThread =
Thread.currentThread();
while(isLocked && lockedBy != callingThread){
wait();
}
isLocked = true;
lockedCount++;
lockedBy = callingThread;
}
public synchronized void unlock(){
if(Thread.curentThread() ==
this.lockedBy){
lockedCount--;
if(lockedCount == 0){
isLocked = false;
notify();
}
}
}
...
}
注意到現在的while循環（自旋鎖）也考慮到了已鎖住該Lock實例的線程。如果當前的鎖對象沒有被加鎖(isLocked = false)，或者當前調用線程已經對該Lock實例加了鎖，那麼while循環就不會被執行，調用lock()的線程就可以退出該方法（譯者注：“被允許退出該方法”在當前語義下就是指不會調用wait()而導致阻塞）。
除此之外，我們需要記錄同一個線程重複對一個鎖對象加鎖的次數。否則，一次unblock()調用就會解除整個鎖，即使當前鎖已經被加鎖過多次。在unlock()調用沒有達到對應lock()調用的次數之前，我們不希望鎖被解除。
現在這個Lock類就是可重入的了。
鎖的公平性
Java的synchronized塊並不保證嚐試進入它們的線程的順序。因此，如果多個線程不斷競爭訪問相同的synchronized同步塊， 就存在一種風險，其中一個或多個線程永遠也得不到訪問權 —— 也就是說訪問權總是分配給了其它線程。這種情況被稱作線程饑餓。為了避免這種問題，鎖需要實現公平性。本文所展現的鎖在內部是用synchronized 同步塊實現的，因此它們也不保證公平性。饑餓和公平中有更多關於該內容的討論。
在finally語句中調用unlock()
如果用Lock來保護臨界區，並且臨界區有可能會拋出異常，那麼在finally語句中調用unlock()就顯得非常重要了。這樣可以保證這個鎖對象可以被解鎖以便其它線程能繼續對其加鎖。以下是一個示例：
lock.lock();
try{
//do critical section code,
//which may throw exception
} finally {
lock.unlock();
}
這個簡單的結構可以保證當臨界區拋出異常時Lock對象可以被解鎖。如果不是在finally語句中調用的unlock()，當臨界區拋出異常時，Lock對象將永遠停留在被鎖住的狀態，這會導致其它所有在該Lock對象上調用lock()的線程一直阻塞。
文章轉自 並發編程網-ifeve.com
最後更新：2017-05-23 09:31:32