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java中Locks的使用
之前文章中我们讲到，java中实现同步的方式是使用synchronized block。在java 5中，Locks被引入了，来提供更加灵活的同步控制。
本文将会深入的讲解Lock的使用。
Lock和Synchronized Block的区别
我们在之前的Synchronized Block的文章中讲到了使用Synchronized来实现java的同步。既然Synchronized Block那么好用，为什么会引入新的Lock呢？
主要有下面几点区别：
- synchronized block只能写在一个方法里面，而Lock的lock()和unlock()可以分别在不同的方法里面。
- synchronized block 不支持公平锁，一旦锁被释放，任何线程都有机会获取被释放的锁。而使用 Lock APIs则可以支持公平锁。从而让等待时间最长的线程有限执行。
- 使用synchronized block，如果线程拿不到锁，将会被Blocked。 Lock API 提供了一个tryLock() 的方法，可以判断是否可以获得lock，这样可以减少线程被阻塞的时间。
- 当线程在等待synchronized block锁的时候，是不能被中断的。如果使用Lock API，则可以使用 lockInterruptibly()来中断线程。
Lock interface
我们来看下Lock interface的定义, Lock interface定义了下面几个主要使用的方法：
- void lock() - 尝试获取锁，如果获取不到锁，则会进入阻塞状态。
- void lockInterruptibly() - 和lock（）很类似，但是它可以将正在阻塞的线程中断，并抛出java.lang.InterruptedException。
- boolean tryLock() – 这是lock()的非阻塞版本，它回尝试获取锁，并立刻返回是否获取成功。
- boolean tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit) – 和tryLock()很像，只是多了一个尝试获取锁的时间。
- void unlock() – unlock实例。
- Condition newCondition() - 生成一个和当前Lock实例绑定的Condition。
在使用Lock的时候，一定要unlocked，以避免死锁。所以，通常我们我们要在try catch中使用：
Lock lock = ...;
lock.lock();
try {
// access to the shared resource
} finally {
lock.unlock();
}
除了Lock接口，还有一个ReadWriteLock接口，在其中定义了两个方法，实现了读锁和写锁分离：
- Lock readLock() – 返回读锁
- Lock writeLock() – 返回写锁
其中读锁可以同时被很多线程获得，只要不进行写操作。写锁同时只能被一个线程获取。
接下来，我们几个Lock的常用是实现类。
ReentrantLock
ReentrantLock是Lock的一个实现，什么是ReentrantLock（可重入锁）呢？
简单点说可重入锁就是当前线程已经获得了该锁，如果该线程的其他方法在调用的时候也需要获取该锁，那么该锁的lock数量+1，并且允许进入该方法。
不可重入锁：只判断这个锁有没有被锁上，只要被锁上申请锁的线程都会被要求等待。实现简单
可重入锁：不仅判断锁有没有被锁上，还会判断锁是谁锁上的，当就是自己锁上的时候，那么他依旧可以再次访问临界资源，并把加锁次数加一。
我们看下怎么使用ReentrantLock：
public void perform() {
lock.lock();
try {
counter++;
} finally {
lock.unlock();
}
}
下面是使用tryLock（）的例子：
public void performTryLock() throws InterruptedException {
boolean isLockAcquired = lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);
if(isLockAcquired) {
try {
counter++;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock的一个实现。上面也讲到了ReadWriteLock主要有两个方法：
- Read Lock - 如果没有线程获得写锁，那么可以多个线程获得读锁。
- Write Lock - 如果没有其他的线程获得读锁和写锁，那么只有一个线程能够获得写锁。
我们看下怎么使用writeLock：
Map<String,String> syncHashMap = new HashMap<>();
ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock writeLock = lock.writeLock();
public void put(String key, String value) {
try {
writeLock.lock();
syncHashMap.put(key, value);
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
public String remove(String key){
try {
writeLock.lock();
return syncHashMap.remove(key);
} finally {
writeLock.unlock();
}
}
再看下怎么使用readLock：
Lock readLock = lock.readLock();
public String get(String key){
try {
readLock.lock();
return syncHashMap.get(key);
} finally {
readLock.unlock();
}
}
public boolean containsKey(String key) {
try {
readLock.lock();
return syncHashMap.containsKey(key);
} finally {
readLock.unlock();
}
}
StampedLock
StampedLock也支持读写锁，获取锁的是会返回一个stamp，通过该stamp来进行释放锁操作。
上我们讲到了如果写锁存在的话，读锁是无法被获取的。但有时候我们读操作并不想进行加锁操作，这个时候我们就需要使用乐观读锁。
StampedLock中的stamped类似乐观锁中的版本的概念，当我们在
StampedLock中调用lock方法的时候，就会返回一个stamp，代表锁当时的状态，在乐观读锁的使用过程中，在读取数据之后，我们回去判断该stamp状态是否变化，如果变化了就说明该stamp被另外的write线程修改了，这说明我们之前的读是无效的，这个时候我们就需要将乐观读锁升级为读锁，来重新获取数据。
我们举个例子，先看下write排它锁的情况：
private double x, y;
private final StampedLock sl = new StampedLock();
void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
long stamp = sl.writeLock();
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
} finally {
sl.unlockWrite(stamp);
}
}
再看下乐观读锁的情况：
double distanceFromOrigin() { // A read-only method
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
double currentX = x, currentY = y;
if (!sl.validate(stamp)) {
stamp = sl.readLock();
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
sl.unlockRead(stamp);
}
}
return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
}
上面使用tryOptimisticRead（）来尝试获取乐观读锁，然后通过sl.validate(stamp)来判断该stamp是否被改变，如果改变了，说明之前的read是无效的，那么需要重新来读取。
最后，StampedLock还提供了一个将read锁和乐观读锁升级为write锁的功能：
void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
// Could instead start with optimistic, not read mode
long stamp = sl.readLock();
try {
while (x == 0.0 && y == 0.0) {
long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
if (ws != 0L) {
stamp = ws;
x = newX;
y = newY;
break;
}
else {
sl.unlockRead(stamp);
stamp = sl.writeLock();
}
}
} finally {
sl.unlock(stamp);
}
}
上面的例子是通过使用tryConvertToWriteLock(stamp)来实现升级的。
Conditions
上面讲Lock接口的时候有提到其中的一个方法：
Condition newCondition();
Condition提供了await和signal方法，类似于Object中的wait和notify。
不同的是Condition提供了更加细粒度的等待集划分。我们举个例子：
public class ConditionUsage {
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Object[] items = new Object[100];
int putptr, takeptr, count;
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) putptr = 0;
++count;
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
--count;
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
上面的例子实现了一个ArrayBlockingQueue，我们可以看到在同一个Lock实例中，创建了两个Condition，分别代表队列未满，队列未空。通过这种细粒度的划分，我们可以更好的控制业务逻辑。
本文的例子可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/Locks
更多文章内容，请参考http://www.flydean.com/java-locks/