java并发编程——锁机制

• 第一部分：synchronized和volatile

锁机制用来保护对象的一致性以及操做的原子性，是实现线程安全的重要手段。线程安全涉及到对象两个重要的状态：共享性和可变性。若是对象是不可变的、线程私有的那么它必定是线程安全的。因此说，只有在共享的、可变的对象上面进行操做时才须要加锁，以保障线程安全。volatile和synchronized是java 5.0以前最先协调对象共享的机制。下面咱们将分别介绍他们：

• synchronized

synchronized用来形容方法或者代码块，是java提供的最先的锁机制，支持重入锁。关于synchronized的详细解析文章有不少，这里列举几个注意事项：

第一，使用synchronized关键字时必定要尽量的缩小范围，尽量的在方法块里须要锁的地方使用，而不是直接用来修饰整个方法。这须要咱们对方法里面的操做进行分析，哪些须要加锁，哪些不须要加锁，只在须要锁的地方加锁，这样便可以提升程序的效率，同时开放调用方法也减小了线程安全的隐患。

第二，synchronized提供的锁机制是粗粒度的，当有线程访问当前对象的synchronized方法或代码块时，其余线程只能等待当前操做结束才能够访问。这听上去彷佛存在必定的性能问题，但java 6.0之后synchronized在并发环境下性能获得了大幅提高，所以建议尽量的使用synchronized，除非synchronized知足不了业务需求。并且synchronized使用时无需释放锁，并且JVM还提供了专门的优化支持，所以即便synchronized是古老的锁，可是它依然适用于绝大多数场景。

• volatile

volatile用来修饰变量保证其可见性。可见性是一种复杂的属性，volatile变量不会被缓存在寄存器或者其余处理器不可见的地方，在读取volatile变量时返回的必定是最新写入的值。volatile不是线程安全的，他不能替代锁，它只在特定的场景下使用，使用时要很是当心。如下场景可使用volatile：

第一，对变量的写入不依懒于变量当前的值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值；

第二，该变量不会与其它状态变量一块儿归入不变性条件中；

第三，在访问变量时不须要加锁。

• 第二部分：ReentrantLock

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，继承自Lock接口。若是说synchronized是隐式锁的话，那么ReentrentLock就是显式锁。锁的申请、使用、释放都必须显式的申明。Lock接口提供了如下方法：

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

ReentrantLock实现了Lock接口，并提供了与synchronized相同的互斥性和内存可见性。那既然如此，为何还要建立一个相似的锁机制呢？内置锁虽然好用，可是缺少一些灵活性，而ReentrantLock则能够弥补这些不足。

第一，轮询锁与定时锁。tryLock方法实现了可定时的与可轮询的锁实现。与synchronized相比它有更完善的错误恢复机制。内置锁中死锁是一类严重的错误，只能重启程序。而ReentrantLock可使用可定时或者轮询的锁，它会释放已得到的锁，而后再尝试得到全部的锁。在实现具备时间限制的操做时，定时锁也很是也用。若是操做在给定时间内不能给出结果那么就会使程序提早结束。

第二，可中断锁获取操做。lockInterruptibly方法可以在得到锁的同时保持对中断的响应。并且因为它包含在Lock中，所以无需建立其余类型的不可中断阻塞机制。

• 第三部分：ReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock实现了一种标准的互斥读写锁，继承自ReadWriteLock。ReadWriteLock接口包含如下方法：

public interface ReadWriteLock{
    Lock readLock();
    Lock WriteLock();
}

ReentrantReadWriteLock咱们能够这样理解：当执行读操做的时候能够多个线程并发访问；当执行写操做的时候，只能够同时被一个线程访问。因此它使用的场景是读操做多而写操做少的并发场景。此外，ReentrantReadWriteLock还能够设置是否为公平锁，是公平锁的话则能够按照排队的顺序获取锁，非公平锁的话则是随机得到。

• 第四部分：锁的公平性

上一节讲到了ReentrantReadWriteLock实现了公平锁和非公平锁两种模式。在公平锁模式下线程按照请求的顺序来得到锁，而非公平模式下则能够插队。咱们的指望是全部的锁都是公平的，毕竟插队是一种很差的行为。但实际上非公平锁比公平锁有着更高的并发效率。假设线程A持有一个锁，而且线程B也请求这个锁，因为该锁被线程A占有，因此B线程挂起，当A使用结束时释放锁，此时唤醒B，B须要从新申请得到锁。若是同时线程C也请求这个锁，而且C极可能在B得到锁以前已经得到、使用并释放了锁。这样就实现了共赢，B线程得到的锁没有延迟同时线程C也获得了执行，这提升了程序的吞吐率。

总结：与内置锁相比，显式锁提供了一些扩展功能，在处理锁的不可用方面有着更高的灵活性，而且对队列有着更好的控制。可是显式锁没法替换synchronized，只有在synchronized没法知足需求时才会使用它。读写锁容许多个读线程并发的访问被保护对象，当访问以读取操做为主的数据结构时，能提升程序的伸缩性。