synchronized 和 Reentrantlock

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多線程編程中，當(dāng)代碼需要同步時(shí)我們會(huì)用到鎖。Java為我們提供了內(nèi)置鎖(synchronized)和顯式鎖(ReentrantLock)兩種同步方式。顯式鎖是JDK1.5引入的，這兩種鎖有什么異同呢？是僅僅增加了一種選擇還是另有其因？本文為您一探究竟。

// synchronized關(guān)鍵字用法示例
public synchronized void add(int t){// 同步方法
  this.v += t;
}

public static synchronized void sub(int t){// 同步靜態(tài)方法
  value -= t;
}
public int decrementAndGet(){
  synchronized(obj){// 同步代碼塊
    return --v;
  }
}

這就是內(nèi)置鎖的全部用法，你已經(jīng)學(xué)會(huì)了。

內(nèi)置鎖使用起來(lái)非常方便，不需要顯式的獲取和釋放，任何一個(gè)對(duì)象都能作為一把內(nèi)置鎖。使用內(nèi)置鎖能夠解決大部分的同步場(chǎng)景?！叭魏我粋€(gè)對(duì)象都能作為一把內(nèi)置鎖”也意味著出現(xiàn)synchronized關(guān)鍵字的地方，都有一個(gè)對(duì)象與之關(guān)聯(lián)，具體說(shuō)來(lái)：

當(dāng)synchronized作用于普通方法是，鎖對(duì)象是this；

當(dāng)synchronized作用于靜態(tài)方法是，鎖對(duì)象是當(dāng)前類的Class對(duì)象；

當(dāng)synchronized作用于代碼塊時(shí)，鎖對(duì)象是synchronized(obj)中的這個(gè)obj。

顯式鎖

內(nèi)置鎖這么好用，為什么還需多出一個(gè)顯式鎖呢？因?yàn)橛行┦虑閮?nèi)置鎖是做不了的，比如：

我們想給鎖加個(gè)等待時(shí)間超時(shí)時(shí)間，超時(shí)還未獲得鎖就放棄，不至于無(wú)限等下去；

我們想以可中斷的方式獲取鎖，這樣外部線程給我們發(fā)一個(gè)中斷信號(hào)就能喚起等待鎖的線程；

我們想為鎖維持多個(gè)等待隊(duì)列，比如一個(gè)生產(chǎn)者隊(duì)列，一個(gè)消費(fèi)者隊(duì)列，一邊提高鎖的效率。

顯式鎖(ReentrantLock)正式為了解決這些靈活需求而生。ReentrantLock的字面意思是可重入鎖，可重入的意思是線程可以同時(shí)多次請(qǐng)求同一把鎖，而不會(huì)自己導(dǎo)致自己死鎖。下面是內(nèi)置鎖和顯式鎖的區(qū)別：

可定時(shí)：RenentrantLock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit)提供了一種以定時(shí)結(jié)束等待的方式，如果線程在指定的時(shí)間內(nèi)沒有獲得鎖，該方法就會(huì)返回false并結(jié)束線程等待。

可中斷：你一定見過(guò)InterruptedException，很多跟多線程相關(guān)的方法會(huì)拋出該異常，這個(gè)異常并不是一個(gè)缺陷導(dǎo)致的負(fù)擔(dān)，而是一種必須，或者說(shuō)是一件好事?？芍袛嘈越o我們提供了一種讓線程提前結(jié)束的方式（而不是非得等到線程執(zhí)行結(jié)束），這對(duì)于要取消耗時(shí)的任務(wù)非常有用。對(duì)于內(nèi)置鎖，線程拿不到內(nèi)置鎖就會(huì)一直等待，除了獲取鎖沒有其他辦法能夠讓其結(jié)束等待。RenentrantLock.lockInterruptibly()給我們提供了一種以中斷結(jié)束等待的方式。

條件隊(duì)列(condition queue)：線程在獲取鎖之后，可能會(huì)由于等待某個(gè)條件發(fā)生而進(jìn)入等待狀態(tài)（內(nèi)置鎖通過(guò)Object.wait()方法，顯式鎖通過(guò)Condition.await()方法），進(jìn)入等待狀態(tài)的線程會(huì)掛起并自動(dòng)釋放鎖，這些線程會(huì)被放入到條件隊(duì)列當(dāng)中。synchronized對(duì)應(yīng)的只有一個(gè)條件隊(duì)列，而ReentrantLock可以有多個(gè)條件隊(duì)列，多個(gè)隊(duì)列有什么好處呢？請(qǐng)往下看。

條件謂詞：線程在獲取鎖之后，有時(shí)候還需要等待某個(gè)條件滿足才能做事情，比如生產(chǎn)者需要等到“緩存不滿”才能往隊(duì)列里放入消息，而消費(fèi)者需要等到“緩存非空”才能從隊(duì)列里取出消息。這些條件被稱作條件謂詞，線程需要先獲取鎖，然后判斷條件謂詞是否滿足，如果不滿足就不往下執(zhí)行，相應(yīng)的線程就會(huì)放棄執(zhí)行權(quán)并自動(dòng)釋放鎖。使用同一把鎖的不同的線程可能有不同的條件謂詞，如果只有一個(gè)條件隊(duì)列，當(dāng)某個(gè)條件謂詞滿足時(shí)就無(wú)法判斷該喚醒條件隊(duì)列里的哪一個(gè)線程；但是如果每個(gè)條件謂詞都有一個(gè)單獨(dú)的條件隊(duì)列，當(dāng)某個(gè)條件滿足時(shí)我們就知道應(yīng)該喚醒對(duì)應(yīng)隊(duì)列上的線程（內(nèi)置鎖通過(guò)Object.notify()或者Object.notifyAll()方法喚醒，顯式鎖通過(guò)Condition.signal()或者Condition.signalAll()方法喚醒）。這就是多個(gè)條件隊(duì)列的好處。

使用內(nèi)置鎖時(shí)，對(duì)象本身既是一把鎖又是一個(gè)條件隊(duì)列；使用顯式鎖時(shí)，RenentrantLock的對(duì)象是鎖，條件隊(duì)列通過(guò)RenentrantLock.newCondition()方法獲取，多次調(diào)用該方法可以得到多個(gè)條件隊(duì)列。

一個(gè)使用顯式鎖的典型示例如下：

// 顯式鎖的使用示例
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

// 獲取鎖，這是跟synchronized關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的用法。
lock.lock();
try{
  // your code
}finally{
  lock.unlock();
}

// 可定時(shí)，超過(guò)指定時(shí)間為得到鎖就放棄
try {
  lock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS);
  try {
    // your code
  }finally {
    lock.unlock();
  }
} catch (InterruptedException e1) {
  // exception handling
}

// 可中斷，等待獲取鎖的過(guò)程中線程線程可被中斷
try {
  lock.lockInterruptibly();
  try {
    // your code
  }finally {
    lock.unlock();
  }
} catch (InterruptedException e) {
  // exception handling
}

// 多個(gè)等待隊(duì)列，具體參考[ArrayBlockingQueue](https://github.com/CarpenterLee/JCRecipes/blob/master/markdown/ArrayBlockingQueue.md)
/** Condition for waiting takes */
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
/** Condition for waiting puts */
private final Condition notFull = lock.newCondition();

注意，上述代碼將unlock()放在finally塊里，這么做是必需的。顯式鎖不像內(nèi)置鎖那樣會(huì)自動(dòng)釋放，使用顯式鎖一定要在finally塊中手動(dòng)釋放，如果獲取鎖后由于異常的原因沒有釋放鎖，那么這把鎖將永遠(yuǎn)得不到釋放！將unlock()放在finally塊中，保證無(wú)論發(fā)生什么都能夠正常釋放。

結(jié)論

內(nèi)置鎖能夠解決大部分需要同步的場(chǎng)景，只有在需要額外靈活性是才需要考慮顯式鎖，比如可定時(shí)、可中斷、多等待隊(duì)列等特性。

顯式鎖雖然靈活，但是需要顯式的申請(qǐng)和釋放，并且釋放一定要放到finally塊中，否則可能會(huì)因?yàn)楫惓?dǎo)致鎖永遠(yuǎn)無(wú)法釋放！這是顯式鎖最明顯的缺點(diǎn)。

綜上，當(dāng)需要同步時(shí)請(qǐng)優(yōu)先考慮更安全的更易用的隱式鎖。