第二章：（2）Lock 接口

一、什么是 Lock 接口

　　1、Lock 接口介绍

　　　　Lock 是 java.util.concurrent.locks 包中一个接口。

 　　　  java.util.concurrent.locks：为锁和等待条件提供一个框架的接口和类，它不同于内置同步和监视器。

　　　   Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 关联对象。

　　　　

 　　　　已知实现类：ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock.ReadLock, ReentrantReadWriteLock.WriteLock

　　　　这里使用 ReentrantLock，其他后面学习。

　　2、Lock 实现可重入锁

　　Lock 接口的实现类 ReentrantLock 可重入锁

　　ReentrantLock 可重入锁实现了 Lock 接口

　　

二、Lock 实现卖票案例

　　1、官方案例

class X {
   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
   // ...
 
   public void m() {
     lock.lock();  // block until condition holds上锁
     try {
       // ... method body
     } finally {
       lock.unlock();   //解锁，释放资源
     }
   }
}

　　2、使用 Lock 锁

//第一步  创建资源类，定义属性和和操作方法
class LTicket {
    //票数量
    private int number = 30;

    //创建可重入锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

    //卖票方法
    public void sale() {
        //上锁
        lock.lock();
        try {
            //判断是否有票
            if(number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ：卖出"+(number--)+" 剩余："+number);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        } finally {
            //锁【lock.lock】必须紧跟try代码块，且unlock要放到finally第一行。
            //解锁，无论是否有异常，都会释放锁
            lock.unlock();
        }

    }
}

public class LSaleTicket {
    public static void main(String[] args) {
        LTicket ticket = new LTicket();
        //第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
        //创建三个线程

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "AA").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "BB").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "CC").start();
    }
}

　　细节：调用 start() 方法会里面创建线程吗？

　　不一定会立刻创建！

    private native void start0();

　　可以看到最终是来调用操作系统的，是由操作系统来进行创建的。如果操作系统比较闲，可能就会立即创建了，如果很忙，可以会等待然后创建，取决于操作系统调度。

三、Lock 与 Synchronized 区别（重点）

　　Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。Lock 和 synchronized 有以下几点不同：

　　1、 synchronized 是 Java 语言的关键字，synchronized 是内置的语言实现，因此是内置特性；

　　　　Lock 不是 Java 语言内置的， Lock 是一个类，通过这个类可以实现同步访问；

　　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；

　　　　【synchronized 会自动释放锁(a 线程执行完同步代码会释放锁 ；b 线程执行过程中发生异常会释放锁)，Lock需在finally中手工释放锁（unlock()方法释放锁），否则容易造成线程死锁；】

　　3、Lock 可以让等待锁的线程响应中断，而 synchronized 却不行，使用synchronized 时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；

　　　　【用 synchronized 关键字的两个线程1和线程2，如果当前线程1获得锁，线程2线程等待。如果线程1阻塞，线程2则会一直等待下去，而Lock锁就不一定会等待下去，如果尝试获取不到锁，线程可以不用一直等待就结束了；】

　　4、通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法判断是否获取锁的状态；

　　5、Lock 可以提高多个线程进行读操作的效率；

　　Lock 和 synchronized 有一点非常大的不同，采用 synchronized 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 则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

　　6、synchronized的锁可重入、不可中断、非公平，而Lock锁可重入、可判断、可公平可非公平（两者皆可）；、

　　7、Lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。

　　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。

 

四、Lock 接口

　　1、Lock 接口

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

　　2、lock()/unlock()

　　lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

　　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。因此一般来说，使用 Lock 必须在 try{} catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally 块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用 Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：

Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
    //处理任务
}catch(Exception ex){

}finally{
    lock.unlock(); //释放锁
}

　　3、newCondition()

　　关键字 synchronized 与 wait()/notify() 这两个方法一起使用可以实现等待/通知模式， Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象， Condition 类也可以实现等待/通知模式。

　　用 notify()通知时，JVM 会随机唤醒某个等待的线程，使用 Condition 类可以进行选择性通知，Condition 比较常用的两个方法：

• await()会使当前线程等待,同时会释放锁，当其他线程调用 signal()时,线程会重新获得锁并继续执行。

• signal()用于唤醒一个等待的线程。

　　注意：在调用 Condition 的 await()/signal() 方法前，也需要线程持有相关的 Lock 锁，调用 await() 后线程会释放这个锁，在 singal() 调用后会从当前 Condition 对象的等待队列中，唤醒 一个线程，唤醒的线程尝试获得锁， 一旦获得锁成功就继续执行。

　　4、ReentrantLock 实现类

　　ReentrantLock，意思是“可重入锁” ，关于可重入锁的概念将在后面学习。
　　ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用。

public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };}.start();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }
    public void insert(Thread thread) {
        Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for(int i=0;i<5;i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        } catch (Exception e) {
            
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

 

　　5、ReadWriteLock 接口

　　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。也就是说将文件的读写操作分开，分成 2 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。

　　ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法： readLock() 和 writeLock() 用来获取读锁和写锁。

　　下面通过几个例子来看一下 ReentrantReadWriteLock 具体用法。

　　假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下 synchronized 达到的效果：

public class Test {
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
        
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }
    
    public synchronized void get(Thread thread) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
            System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
        }
        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
    }
}

　　而改成用读写锁的话：

public class Test {
　　private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();

        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();

        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }

    public void get(Thread thread) {
        rwl.readLock().lock();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
            }
            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
        } finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

　　说明 thread1 和 thread2 在同时进行读操作。这样就大大提升了读操作的效率。

　　注意：

　　如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。
　　如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。