Java5之前只能用synchronized和volatile，5后Doug Lea加入了ReentrantLock，并不是替代内置锁，而是当内置锁机制不适用时，作为一种可选择的高级功能
不适用包括
- 无法中断一个正在等待获取锁的线程
- 无限的锁等待
- 内置锁必须放在代码块里面（编程有些局限性）
所以提供了J.U.C的Lock
1. Lock和ReentrantLock
之所以叫ReentrantLock，可理解为两部分
- Re-entrant
可重入，lock多少次都没关系，只需要unlock即可，或者lock里面嵌套了别的lock都可以
- Lock
提供了和synchronized一样的互斥性和内存可见性，与synchronized的monitor内存语义一样
2. synchronized（S） VS lock（L）
- L 是接口，S 是关键字
- S异常时，会自动释放线程占有的锁，不会发生死锁
L异常时，若没有主动通过 unlock（）释放锁，则很有可能造成死锁.所以用 lock 时要在 finally 中释放锁.
- L 可以当等待锁的线程响应中断
使用 S 时，等待的线程将会一直等下去，不能响应中断
- 通过 L 可以知道是否成功获得锁，S 不可以
- L 可以提高多个线程进行读写操作的效率
3 Lock的特性
- 可定时锁等待
- 可轮询锁等待
- 可中断锁等待
- 公平性
- 实现非块结构的加锁
- 绑定多个Condition。通过多次newCondition可以获得多个Condition对象,可以简单的实现比较复杂的线程同步的功能.通过await(),signal();
下面依次讲解：
3.1 轮询锁和定时锁
内置锁的死锁问题只能通过重启解决，可定时和可轮询锁提供了另一种选择
通过tryLock解决
public class DeadlockAvoidance {
private static Random rnd = new Random();
public boolean transferMoney(Account fromAcct,
Account toAcct,
DollarAmount amount,
long timeout,
TimeUnit unit)
throws InsufficientFundsException, InterruptedException {
long fixedDelay = getFixedDelayComponentNanos(timeout, unit);
long randMod = getRandomDelayModulusNanos(timeout, unit);
long stopTime = System.nanoTime() + unit.toNanos(timeout); //定时，轮询
while (true) {
if (fromAcct.lock.tryLock()) {
try {
if (toAcct.lock.tryLock()) {
try {
if (fromAcct.getBalance().compareTo(amount) < 0)
throw new InsufficientFundsException();
else {
fromAcct.debit(amount);
toAcct.credit(amount);
return true;
}
} finally {
toAcct.lock.unlock();
}
}
} finally {
fromAcct.lock.unlock();
}
}
if (System.nanoTime() < stopTime)
return false;
NANOSECONDS.sleep(fixedDelay + rnd.nextLong() % randMod);
}
}
private static final int DELAY_FIXED = 1;
private static final int DELAY_RANDOM = 2;
static long getFixedDelayComponentNanos(long timeout, TimeUnit unit) {
return DELAY_FIXED;
}
static long getRandomDelayModulusNanos(long timeout, TimeUnit unit) {
return DELAY_RANDOM;
}
static class DollarAmount implements Comparable<DollarAmount> {
public int compareTo(DollarAmount other) {
return 0;
}
DollarAmount(int dollars) {
}
}
class Account {
public Lock lock;
void debit(DollarAmount d) {
}
void credit(DollarAmount d) {
}
DollarAmount getBalance() {
return null;
}
}
class InsufficientFundsException extends Exception {
}
}
3.2 带有时间限制的锁
3.3 可中断的锁
3.4关于Condition
最典型的就是阻塞的有界队列的实现。
public class BoundedBuffer {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(BoundedBuffer.class);
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Object[] items = new Object[2]; // 阻塞队列
int putptr, takeptr, count;
private void log(String info) {
logger.info(Thread.currentThread().getName() + " - " + info);
}
public void put(Object x) throws InterruptedException {
log(x + ",执行put");
lock.lock();
log(x + ",put lock.lock()");
try {
while (count == items.length) { // 如果队列满了，notFull就一直等待
log(x + ",put notFull.await() 队列满了");
notFull.await(); // 调用await的意思取反，及not notFull -> Full
}
items[putptr] = x; // 终于可以插入队列
if (++putptr == items.length) {
putptr = 0; // 如果下标到达数组边界，循环下标置为0
}
++count;
log(x + ",put成功 notEmpty.signal() 周知队列不为空了");
notEmpty.signal(); // 唤醒notEmpty
} finally {
log(x + ",put lock.unlock()");
lock.unlock();
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
log("执行take");
lock.lock();
Object x = null;
log("take lock.lock()");
try {
while (count == 0) {
log("take notEmpty.await() 队列为空等等");
notEmpty.await();
}
x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) {
takeptr = 0;
}
--count;
log(x + ",take成功 notFull.signal() 周知队列有剩余空间了");
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();
log(x + ",take lock.unlock()");
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final BoundedBuffer bb = new BoundedBuffer();
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (char i = 'A'; i < 'F'; i++) {
final char t = i;
executor.execute(() -> {
try {
bb.put(t);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
List<Character> res = new LinkedList<>();
for (char i = 'A'; i < 'F'; i++) {
executor.execute(() -> {
try {
char c = (char) bb.take();
res.add(c);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
try {
executor.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
} catch (InterruptedException ie) {
ie.printStackTrace();
}
logger.info(res.toString());
executor.shutdownNow();
}
}
4 性能考虑因素
Java5的时候J.U.C的ReentrantLock锁竞争性能非常好，到了Java6使用了改进后的算法来管理内置锁，所以现在差不太多了，只好一点点
竞争性能的影响可伸缩性的关键要素：如果有越多的资源被耗费在锁的管理和线程调度上，那么应用程序得到的资源就越少，锁的实现方式越好，将需要越少的系统调用和上下文切换。
5 公平性
ReentrantLock默认创建非公平的锁，非公平是指
被阻塞挂起的线程(LockSupport.park)都在AQS的CLH队列中排队等待自己被唤醒
他们是按照发出的请求顺序来排队的
但一旦有一个唤醒的就会和新来的线程竞争锁，新来的可能会“插队”，如果新来的成功获取锁，那么它将跳过所有等待线程而开始执行，这意味着本该被唤醒的线程失败了，对不起您回到队列的尾部继续等
这就是非公平性。
一般，非公平锁的性能要好于公平锁。
原因在于一个线程被唤醒是需要时间的，挂起线程和唤醒恢复线程存在开销，这个空隙如果有其他线程处于ready状态，不需要上下文切换，那么直接运行就行，
A持有锁，B请求，但是B在恢复的过程中,C可以插队"非公平"的获取锁，然后执行再释放，这时候B刚刚好做完上下文切换可以
执行，这个对于B和C来说是一个“双赢”的局面，是提高吞吐量的原因。
那么JVM也没有在其内置锁上采用公平性的机制。
6 synchronized和ReentrantLock的选择
除非使用到3提到的高级特性，或者内置锁无法满足需求时，否则还是老实用内置锁，毕竟是JVM自身提供的，而不是靠类库，因此可能会执行一些优化。
另外内置锁在利用kill -3 dump thread的时候可以发现栈帧上的一些monitor lock的信息，识别死锁，而J.U.C的锁这方面就不太行，当然JAVA6之后提供了管理和调试接口解决了。
7 读-写锁
ReentrantLock每次只有一个线程能持有锁，但是这种严格的互斥也会抑制并发。会抑制
冲突，但是很多情况下读操作是非常多的，如果放宽加锁的需求，允许多个读操作可以同时访问数据，那么就可以提升性能
但是要保证读取的数据是最新的,不会有其他线程修改数据
使用ReadWriteLock的场景是
但是二者不能同时进行
如果读线程正在持有锁,这时候另外一个写线程,那么会优先获取写锁
应用
public class ReadWriteMap<K, V> {
private final Map<K, V> map;
private final ReadWriteLock lock=new ReentrantReadWriteLock();
private final Lock r=lock.readLock();
private final Lock w=lock.writeLock();
public ReadWriteMap(Map<K, V> map) {
this.map=map;
}
public V put(K key, V value) {
w.lock();
try {
return map.put( key, value );
} finally {
w.unlock();
}
}
public V remove(Object key) {
w.lock();
try {
return map.remove( key );
} finally {
w.unlock();
}
}
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
w.lock();
try {
map.putAll( m );
} finally {
w.unlock();
}
}
public void clear() {
w.lock();
try {
map.clear();
} finally {
w.unlock();
}
}
public V get(Object key) {
r.lock();
try {
return map.get( key );
} finally {
r.unlock();
}
}
public int size() {
r.lock();
try {
return map.size();
} finally {
r.unlock();
}
}
public boolean isEmpty() {
r.lock();
try {
return map.isEmpty();
} finally {
r.unlock();
}
}
public boolean containsKey(Object key) {
r.lock();
try {
return map.containsKey( key );
} finally {
r.unlock();
}
}
public boolean containsValue(Object value) {
r.lock();
try {
return map.containsValue( value );
} finally {
r.unlock();
}
}
}
