自 Java 5 開始，java.util.concurrent.locks 包中包含了一些鎖的實現(xiàn)，因此你不用去實現(xiàn)自己的鎖了。但是你仍然需要去了解怎樣使用這些鎖。

一個簡單的鎖

讓我們從 java 中的一個同步塊開始：

public class Counter{
  private int count = 0;

  public int inc(){
    synchronized(this){
      return ++count;
    }
  }
}

可以看到在 inc()方法中有一個 synchronized(this)代碼塊。該代碼塊可以保證在同一時間只有一個線程可以執(zhí)行 return ++count。雖然在 synchronized 的同步塊中的代碼可以更加復(fù)雜，但是++count 這種簡單的操作已經(jīng)足以表達出線程同步的意思。

以下的 Counter 類用 Lock 代替 synchronized 達到了同樣的目的：

public class Counter{
  private Lock lock = new Lock();
  private int count = 0;

  public int inc(){
    lock.lock();
    int newCount = ++count;
    lock.unlock();
    return newCount;
  }
}

lock()方法會對 Lock 實例對象進行加鎖，因此所有對該對象調(diào)用 lock()方法的線程都會被阻塞，直到該 Lock 對象的 unlock()方法被調(diào)用。

這里有一個 Lock 類的簡單實現(xiàn)：

public class Counter{
public class Lock{
  private boolean isLocked = false;

  public synchronized void lock()
    throws InterruptedException{
    while(isLocked){
      wait();
    }
    isLocked = true;
  }

  public synchronized void unlock(){
    isLocked = false;
    notify();
  }
}

注意其中的 while(isLocked)循環(huán)，它又被叫做“自旋鎖”。當 isLocked 為 true 時，調(diào)用 lock()的線程在 wait()調(diào)用上阻塞等待。為防止該線程沒有收到 notify()調(diào)用也從 wait()中返回（也稱作虛假喚醒），這個線程會重新去檢查 isLocked 條件以決定當前是否可以安全地繼續(xù)執(zhí)行還是需要重新保持等待，而不是認為線程被喚醒了就可以安全地繼續(xù)執(zhí)行了。如果 isLocked 為 false，當前線程會退出 while(isLocked)循環(huán)，并將 isLocked 設(shè)回 true，讓其它正在調(diào)用 lock()方法的線程能夠在 Lock 實例上加鎖。

當線程完成了臨界區(qū)（位于 lock()和 unlock()之間）中的代碼，就會調(diào)用 unlock()。執(zhí)行 unlock()會重新將 isLocked 設(shè)置為 false，并且通知（喚醒）其中一個（若有的話）在 lock()方法中調(diào)用了 wait()函數(shù)而處于等待狀態(tài)的線程。

鎖的可重入性

Java 中的 synchronized 同步塊是可重入的。這意味著如果一個 java 線程進入了代碼中的 synchronized 同步塊，并因此獲得了該同步塊使用的同步對象對應(yīng)的管程上的鎖，那么這個線程可以進入由同一個管程對象所同步的另一個 java 代碼塊。下面是一個例子：

public class Reentrant{
  public synchronized outer(){
    inner();
  }

  public synchronized inner(){
    //do something
  }
}

注意 outer()和 inner()都被聲明為 synchronized，這在 Java 中和 synchronized(this)塊等效。如果一個線程調(diào)用了 outer()，在 outer()里調(diào)用 inner()就沒有什么問題，因為這兩個方法（代碼塊）都由同一個管程對象（”this”)所同步。如果一個線程已經(jīng)擁有了一個管程對象上的鎖，那么它就有權(quán)訪問被這個管程對象同步的所有代碼塊。這就是可重入。線程可以進入任何一個它已經(jīng)擁有的鎖所同步著的代碼塊。

前面給出的鎖實現(xiàn)不是可重入的。如果我們像下面這樣重寫 Reentrant 類，當線程調(diào)用 outer()時，會在 inner()方法的 lock.lock()處阻塞住。

public class Reentrant2{
  Lock lock = new Lock();

  public outer(){
    lock.lock();
    inner();
    lock.unlock();
  }

  public synchronized inner(){
    lock.lock();
    //do something
    lock.unlock();
  }
}

調(diào)用 outer()的線程首先會鎖住 Lock 實例，然后繼續(xù)調(diào)用 inner()。inner()方法中該線程將再一次嘗試鎖住 Lock 實例，結(jié)果該動作會失敗（也就是說該線程會被阻塞），因為這個 Lock 實例已經(jīng)在 outer()方法中被鎖住了。

兩次 lock()之間沒有調(diào)用 unlock()，第二次調(diào)用 lock 就會阻塞，看過 lock()實現(xiàn)后，會發(fā)現(xiàn)原因很明顯：

public class Lock{
  boolean isLocked = false;

  public synchronized void lock()
    throws InterruptedException{
    while(isLocked){
      wait();
    }
    isLocked = true;
  }

  ...
}

一個線程是否被允許退出 lock()方法是由 while 循環(huán)（自旋鎖）中的條件決定的。當前的判斷條件是只有當 isLocked 為 false 時 lock 操作才被允許，而沒有考慮是哪個線程鎖住了它。

為了讓這個 Lock 類具有可重入性，我們需要對它做一點小的改動：

public class Lock{
  boolean isLocked = false;
  Thread lockedBy = null;
  int lockedCount = 0;

  public synchronized void lock()
    throws InterruptedException{
    Thread callingThread =
      Thread.currentThread();
    while(isLocked && lockedBy != callingThread){
      wait();
    }
    isLocked = true;
    lockedCount++;
    lockedBy = callingThread;
 }

  public synchronized void unlock(){
    if(Thread.curentThread() ==
      this.lockedBy){
      lockedCount--;

      if(lockedCount == 0){
        isLocked = false;
        notify();
      }
    }
  }

  ...
}

注意到現(xiàn)在的 while 循環(huán)（自旋鎖）也考慮到了已鎖住該 Lock 實例的線程。如果當前的鎖對象沒有被加鎖(isLocked = false)，或者當前調(diào)用線程已經(jīng)對該 Lock 實例加了鎖，那么 while 循環(huán)就不會被執(zhí)行，調(diào)用 lock()的線程就可以退出該方法（譯者注：“被允許退出該方法”在當前語義下就是指不會調(diào)用 wait()而導(dǎo)致阻塞）。

除此之外，我們需要記錄同一個線程重復(fù)對一個鎖對象加鎖的次數(shù)。否則，一次 unblock()調(diào)用就會解除整個鎖，即使當前鎖已經(jīng)被加鎖過多次。在 unlock()調(diào)用沒有達到對應(yīng) lock()調(diào)用的次數(shù)之前，我們不希望鎖被解除。

現(xiàn)在這個 Lock 類就是可重入的了。

鎖的公平性

Java 的 synchronized 塊并不保證嘗試進入它們的線程的順序。因此，如果多個線程不斷競爭訪問相同的 synchronized 同步塊，就存在一種風險，其中一個或多個線程永遠也得不到訪問權(quán) —— 也就是說訪問權(quán)總是分配給了其它線程。這種情況被稱作線程饑餓。為了避免這種問題，鎖需要實現(xiàn)公平性。本文所展現(xiàn)的鎖在內(nèi)部是用 synchronized 同步塊實現(xiàn)的，因此它們也不保證公平性。

在 finally 語句中調(diào)用 unlock()

如果用 Lock 來保護臨界區(qū)，并且臨界區(qū)有可能會拋出異常，那么在 finally 語句中調(diào)用 unlock()就顯得非常重要了。這樣可以保證這個鎖對象可以被解鎖以便其它線程能繼續(xù)對其加鎖。以下是一個示例：

lock.lock();
try{
  //do critical section code,
  //which may throw exception
} finally {
  lock.unlock();
}

這個簡單的結(jié)構(gòu)可以保證當臨界區(qū)拋出異常時 Lock 對象可以被解鎖。如果不是在 finally 語句中調(diào)用的 unlock()，當臨界區(qū)拋出異常時，Lock 對象將永遠停留在被鎖住的狀態(tài)，這會導(dǎo)致其它所有在該 Lock 對象上調(diào)用 lock()的線程一直阻塞。

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