JDK 1.5 之前 synchronized 的性能是比较低的，但在 JDK 1.5 中，官方推出一个重量级功能 Lock，一举改变了 Java 中锁的格局。JDK 1.5 之前当我们谈到锁时，只能使用内置锁 synchronized，但如今我们锁的实现又多了一种显式锁 Lock。
前面的文章我们已经介绍了 synchronized，详见以下列表：
《synchronized 加锁 this 和 class 的区别！》
《synchronized 优化手段之锁膨胀机制！》
《synchronized 中的 4 个优化，你知道几个？》
所以本文咱们重点来看 Lock。
Lock 简介
Lock 是一个顶级接口，它的所有方法如下图所示：
它的子类列表如下：
我们通常会使用 ReentrantLock 来定义其实例，它们之间的关联如下图所示：
PS：Sync 是同步锁的意思，FairSync 是公平锁，NonfairSync 是非公平锁。
ReentrantLock 使用
学习任何一项技能都是先从使用开始的，所以我们也不例外，咱们先来看下 ReentrantLock 的基础使用：
public class LockExample {
// 创建锁对象
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void method() {
// 加锁操作
lock.lock();
try {
// 业务代码......
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
}
ReentrantLock 在创建之后，有两个关键性的操作：
- 加锁操作：lock()
- 释放锁操作：unlock()
ReentrantLock 中的坑
1.ReentrantLock 默认为非公平锁
很多人会认为（尤其是新手朋友），ReentrantLock 默认的实现是公平锁，其实并非如此，ReentrantLock 默认情况下为非公平锁（这主要是出于性能方面的考虑），比如下面这段代码：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
// 创建锁对象
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
// 定义线程任务
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 加锁
lock.lock();
try {
// 打印执行线程的名字
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName());
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
};
// 创建多个线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(runnable).start();
}
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述执行的结果可以看出，ReentrantLock 默认情况下为非公平锁。因为线程的名称是根据创建的先后顺序递增的，所以如果是公平锁，那么线程的执行应该是有序递增的，但从上述的结果可以看出，线程的执行和打印是无序的，这说明 ReentrantLock 默认情况下为非公平锁。
想要将 ReentrantLock 设置为公平锁也很简单，只需要在创建 ReentrantLock 时，设置一个 true 的构造参数就可以了，如下代码所示：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
// 创建锁对象(公平锁)
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
public static void main(String[] args) {
// 定义线程任务
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 加锁
lock.lock();
try {
// 打印执行线程的名字
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName());
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
};
// 创建多个线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(runnable).start();
}
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述结果可以看出，当我们显式的给 ReentrantLock 设置了 true 的构造参数之后，ReentrantLock 就变成了公平锁，线程获取锁的顺序也变成有序的了。
其实从 ReentrantLock 的源码我们也可以看出它究竟是公平锁还是非公平锁，ReentrantLock 部分源码实现如下：
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
从上述源码中可以看出，默认情况下 ReentrantLock 会创建一个非公平锁，如果在创建时显式的设置构造参数的值为 true 时，它就会创建一个公平锁。
2.在 finally 中释放锁
使用 ReentrantLock 时一定要记得释放锁，否则就会导致该锁一直被占用，其他使用该锁的线程则会永久的等待下去，所以我们在使用 ReentrantLock 时，一定要在 finally 中释放锁，这样就可以保证锁一定会被释放。
反例
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
// 创建锁对象
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
// 加锁操作
lock.lock();
System.out.println("Hello,ReentrantLock.");
// 此处会报异常,导致锁不能正常释放
int number = 1 / 0;
// 释放锁
lock.unlock();
System.out.println("锁释放成功!");
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述结果可以看出，当出现异常时锁未被正常释放，这样就会导致其他使用该锁的线程永久的处于等待状态。
正例
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
// 创建锁对象
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
// 加锁操作
lock.lock();
try {
System.out.println("Hello,ReentrantLock.");
// 此处会报异常
int number = 1 / 0;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
System.out.println("锁释放成功!");
}
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述结果可以看出，虽然方法中出现了异常情况，但并不影响 ReentrantLock 锁的释放操作，这样其他使用此锁的线程就可以正常获取并运行了。
3.锁不能被释放多次
lock 操作的次数和 unlock 操作的次数必须一一对应，且不能出现一个锁被释放多次的情况，因为这样就会导致程序报错。
反例
一次 lock 对应了两次 unlock 操作，导致程序报错并终止执行，示例代码如下：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
// 创建锁对象
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
// 加锁操作
lock.lock();
// 第一次释放锁
try {
System.out.println("执行业务 1~");
// 业务代码 1......
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
System.out.println("锁释锁");
}
// 第二次释放锁
try {
System.out.println("执行业务 2~");
// 业务代码 2......
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
System.out.println("锁释锁");
}
// 最后的打印操作
System.out.println("程序执行完成.");
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述结果可以看出，执行第 2 个 unlock 时，程序报错并终止执行了，导致异常之后的代码都未正常执行。
4.lock 不要放在 try 代码内
在使用 ReentrantLock 时，需要注意不要将加锁操作放在 try 代码中，这样会导致未加锁成功就执行了释放锁的操作，从而导致程序执行异常。
反例
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
// 创建锁对象
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
try {
// 此处异常
int num = 1 / 0;
// 加锁操作
lock.lock();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
System.out.println("锁释锁");
}
System.out.println("程序执行完成.");
}
}
以上程序的执行结果如下：
从上述结果可以看出，如果将加锁操作放在 try 代码中，可能会导致两个问题：
- 未加锁成功就执行了释放锁的操作，从而导致了新的异常；
- 释放锁的异常会覆盖程序原有的异常，从而增加了排查问题的难度。
总结
本文介绍了 Java 中的显式锁 Lock 及其子类 ReentrantLock 的使用和注意事项，Lock 在 Java 中占据了锁的半壁江山，但在使用时却要注意 4 个问题：
- 默认情况下 ReentrantLock 为非公平锁而非公平锁；
- 加锁次数和释放锁次数一定要保持一致，否则会导致线程阻塞或程序异常；
- 加锁操作一定要放在 try 代码之前，这样可以避免未加锁成功又释放锁的异常；
- 释放锁一定要放在 finally 中，否则会导致线程阻塞。
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