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Lock与Condition

发布时间 2023-11-28 17:22:38作者: kiper

1. Lock与Synchronize区别

  • Lock是由代码实现，核心是CAS操作；synchronize则是关键字，通过修改对象头中的锁信息，由JVM实现调用。更详细的底层原理实现可见Java多线程——Lock和Synchronized底层原理比较及synchronized和lock的区别(底层实现)

  • 由于Lock由代码实现，故需要在finally语句块中显示关闭锁，避免异常情况资源不释放。synchronize则会在线程崩溃时，由JVM自动释放锁资源。

  • synchronize在JDK1.5之前是重量级锁，每次都需要像操作系统申请资源，而JDK1.6后优化 synchronized 的性能给它的锁加入了四种状态，无锁状态 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁（MarkWord储存状态中就可以看到），故后续性能和Lock差不多。

  • synchronize通常和object.wait()、object.notify()、object.notifyAll()搭配使用，没有显示的条件变量控制；Lock提供了更精细化的锁粒度，可在Lock.lock()及Lock.unlock()块中，通过Condition条件变量类搭配condition.await()、condition.signal()、condition.signalAll()使用。

  • Lock支持超时等待机制，synchronize不支持

2. Lock的引入

JDK1.5版本引入了java.util.concurrent.locks包，包含了Lock接口及其实现类。在Java已有管程实现的synchronize的基础下，作为引入Lock类的推动力，可以看看优化点：

  1. synchronize不支持超时等待，故在死锁原因层面，无法针对资源不可剥夺这个条件进行防范
  2. synchronize不支持显式的条件变量，无法更精细的控制并发粒度
  3. synchronize不能响应中断，Lock的lockInterruptibly()方法支持中断
  4. synchronize不支持获取锁失败时不进入阻塞状态，Lock的tryLock()方法支持
  5. 更好的性能（jdk1.6已对synchronize优化性能）

故，Java自JDK1.5版本后有了两种对于管程的实现。

3. Lock使用范例

class LockTest {
  private final Lock lock = new ReentrantLock();
  private int val;

  public void add() {
    lock.lock();
    try {
      val += 1;
    } finally {
      lock.unlock(); //必须在finally块中加unlock()操作
    }
  }
}

共享变量val的可见性保证分析如下。首先参考Lock相关类的类图
image

ReentrantLock继承自AbstractQueuedSynchronizer类，而AbstractQueuedSynchronizer类中有一个状态值state

// The synchronization status
private volatile int state;

可以看到state使用了volatile进行修饰，lock的时候会对state进行+1操作，unlock的时候则会-1，故都针对state有读写动作。利用JMM先行发生(Happens-Before)的规则（具体可参考Java内存模型：Java解决可见性和有序性问题的方案）：

  1. 顺序性规则
    针对线程A，val += 1Happens-Before于lock.unlock()
  2. volatile变量规则
    针对volatile变量的读，永远在写之后。那么线程A的lock.unlock()Happens-Before于线程B的lock.lock()操作
  3. 传递性规则
    综合1和2的顺序，那么线程A的val += 1Happens-Before于线程B的val += 1

当前volatile只是保证了可见性，不同线程若是同时读到最新值state值并写入，还是存在并发问题。互斥性就由lock()底层中的CAS自旋操作来保证。