Java基础夯实——2.6 Java中的锁

Java 中，锁（Lock）是用于控制多线程并发访问共享资源的工具。它可以确保在同一时刻只有一个线程能够访问共享资源，从而避免数据不一致的问题。

1. 内置锁（synchronized 关键字）

Java 提供了内置锁，也称为监视器锁，这是最简单和常用的锁机制。

• 同步方法：锁住整个方法，锁的对象是 this（实例锁）或类对象（类锁）。

  public synchronized void exampleMethod() {
      // 临界区代码
  }
  

• 同步代码块：锁定指定对象，粒度更细。

  public void exampleMethod() {
      synchronized (this) {
          // 临界区代码
      }
  }
  

特点

• 自动获取和释放锁。
• 简单易用，但可能导致线程阻塞。
• 不支持尝试获取锁、超时获取锁或中断锁等高级功能。

2. 显式锁（java.util.concurrent.locks.Lock 接口）

显式锁提供了更灵活的锁定机制，允许显式获取和释放锁。

主要实现类

1. ReentrantLock（可重入锁）

   • 支持公平锁和非公平锁。
   • 允许尝试获取锁、超时获取锁或中断锁。

   Lock lock = new ReentrantLock();
   try {
       lock.lock(); // 获取锁
       // 临界区代码
   } finally {
       lock.unlock(); // 确保释放锁
   }
   

2. ReentrantReadWriteLock（读写锁）

   • 提供读锁（共享锁）和写锁（独占锁），适合读多写少的场景。
   • 读线程可以并发，写线程则独占。

   ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
   lock.readLock().lock(); // 读操作
   lock.writeLock().lock(); // 写操作
   

特点

• 更灵活，支持多种高级功能。
• 使用时需要手动管理锁的获取和释放，容易引发死锁。
• 性能可能优于 synchronized，尤其是在高并发情况下。

3. StampedLock

• StampedLock 是一种改进的读写锁，提供了乐观读锁（Optimistic Read），适合读多写少的场景。

• 与 ReentrantReadWriteLock 不同，StampedLock 不是可重入的。

  StampedLock lock = new StampedLock();
  long stamp = lock.readLock();
  try {
      // 读操作
  } finally {
      lock.unlockRead(stamp);
  }
  

4. 信号量（Semaphore）

• Semaphore 用于控制同时访问某个资源的线程数量。

• 常用于限制连接数或资源池的并发访问。

  Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 最大并发数为3
  try {
      semaphore.acquire(); // 获取许可
      // 临界区代码
  } finally {
      semaphore.release(); // 释放许可
  }
  

5. 偏向锁、轻量级锁和重量级锁

• Java 虚拟机（JVM）底层对 synchronized 的实现进行了优化，包括偏向锁、轻量级锁和重量级锁。
• 这些锁的选择由 JVM 根据竞争情况动态决定，以提高性能。

比较与选择