JUC-Lock接口

Synchronized

synchronized 是 Java 中的关键字，是一种同步锁。

1 Synchronized 关键字

它修饰的对象有以下几种:

1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{} 括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象;
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象;
	虽然可以使用 synchronized 来定义方法，但 synchronized 并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized 关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了 synchronized 关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这 个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。
3. 修饰一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象;
4. 修饰一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用的对象是这个类的所有对象。

2 售票案例-synchronized

synchronized案例demo：

package com.java.juc.sync;

/**
 * 高内聚，低耦合的前提下： 线程 操作 资源类
 *
 *
 * 3个售票员 卖30张票
 * 分析：资源：票
 *      属性：数量（30张）
 *      操作方法：（卖）
 */

/**
 * 步骤一：创建资源类，在资源类中创建属性和操作方法
 * 资源类 = 实例变量 + 实例方法（高内聚）
 *
 */
class Ticket{
    /**
     * 实例变量：票数
     */
    private int number = 30;

    /**
     * 实例方法：操作方法-卖票
     */
    public synchronized void sale(){
        //判断是否有票
        if(number > 0 ){
            System.out.println("当前线程："+Thread.currentThread().getName()+" 卖出1张；"+(number--)+" 剩余："+number);
        }
    }
}

/**
 * 步骤二：创建多个线程，调用资源类的操作方法
 * @author chejuan
 */
public class SaleTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Ticket对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //调用卖票方法
                for(int i = 0 ;i < 40 ;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"AA").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //调用卖票方法
                for(int i = 0 ;i < 40 ;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"BB").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //调用卖票方法
                for(int i = 0 ;i < 40 ;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"CC").start();
    }
}

如果一个代码块被 synchronized 修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁线程释放锁只会有两种情况:

 1)获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有;
 2)线程执行发生异常，此时 JVM 会让线程自动释放锁。

那么如果这个获取锁的线程由于要等待 IO 或者其他原因(比如调用 sleep 方法)被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一 下，这多么影响程序执行效率。因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等待一定的时间或者能够响应中断)，通过 Lock 就可以办到。

什么是 Lock

Lock 锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允许更灵活的结构，可能具有非常不同的属性，并且可能支持多个关联的条件对象。Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。

Lock 与的 Synchronized 区别

 • Lock 不是 Java 语言内置的。
   synchronized 是 Java 语言的关键字。 因此是内置特性。
   Lock 是一个类，通过这个类可以实现同步访问;
 • 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。

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 接口中每个方法的使用

2.1 lock

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
      }

2.2 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。

ReentrantLock

ReentrantLock，意思是“可重入锁”。
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) {
            // TODO: handle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
  }

ReadWriteLock

ReadWriteLock 也是一个接口
它只定义了两个方法:

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

售票案例-Lock

Lock案例demo：

package com.java.juc.lock;
/**
 * 3个售票员 卖30张票
 * 分析：资源：票
 *      属性：数量（30张）
 *      操作方法：（卖）
 */
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 步骤一：创建资源类，在资源类中创建属性和操作方法
 */
class LockTicket{
    /**
     * 票数
     */
    private int number = 30;
    /**
     * 操作方法：卖票
     * 创建可重入锁
     * new ReentrantLock() 默认创建的为非公平锁（ new ReentrantLock(false) 创建非公平锁 ）
     * new ReentrantLock(true) 创建公平锁
     */
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void sale(){
        //上锁
        lock.lock();
        try {
            //判断是否有票
            if(number > 0 ){
                System.out.println("当前线程："+Thread.currentThread().getName()+" 卖出1张；"+(number--)+" 剩余："+number);
            }
            System.out.println("暂无余票");
        } finally {
            //解锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

/**
 * 步骤二：创建多个线程，调用资源类的操作方法
 * @author chejuan
 */
public class LockSaleTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Ticket对象
        LockTicket ticket = new LockTicket();

        new Thread(() ->{
            //调用卖票方法
            for(int i = 0 ;i < 40 ;i++){
                ticket.sale();
            }
        },"AA").start();
        //.start()是否会马上创建：
        //不一定，底层为native方法，是否创建由操作系统决定

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

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

小结(重点)

Lock 和 synchronized 有以下几点不同:

1. synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；
   Lock是一个接口 ;
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;
  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;
3. Lock可以让等待锁的线程响应中断；
   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;
4. 通过Lock可以知道有没有成功获取锁；
   synchronized却无法办到。
5. Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

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。