Java：既然有了synchronized，為什麼還要提供Lock？
摘要：在Java中提供了synchronized關鍵字來保證只有一個線程能夠訪問同步代碼塊。既然已經提供了synchronized關鍵字，那為何在Java的SDK包中，還會提供Lock接口呢？這是不是重複造輪子，多此一舉呢？
本文分享自華為雲社區《【高並發】Java中提供了synchronized，為什麼還要提供Lock呢？》，作者： 冰 河。
在Java中提供了synchronized關鍵字來保證只有一個線程能夠訪問同步代碼塊。既然已經提供了synchronized關鍵字，那為何在Java的SDK包中，還會提供Lock接口呢？這是不是重複造輪子，多此一舉呢？今天，我們就一起來探討下這個問題。
再造輪子？
既然JVM中提供了synchronized關鍵字來保證只有一個線程能夠訪問同步代碼塊，為何還要提供Lock接口呢？這是在重複造輪子嗎？Java的設計者們為何要這樣做呢？讓我們一起帶着疑問往下看。
為何提供Lock接口？
很多小夥伴可能會聽說過，在Java 1.5版本中，synchronized的性能不如Lock，但在Java 1.6版本之後，synchronized做了很多優化，性能提升了不少。那既然synchronized關鍵字的性能已經提升了，那為何還要使用Lock呢？
如果我們向更深層次思考的話，就不難想到了：我們使用synchronized加鎖是無法主動釋放鎖的，這就會涉及到死鎖的問題。
死鎖問題
如果要發生死鎖，則必須存在以下四個必要條件，四者缺一不可。
- 互斥條件
在一段時間內某資源僅為一個線程所佔有。此時若有其他線程請求該資源，則請求線程只能等待。
- 不可剝奪條件
線程所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其他線程強行奪走，即只能由獲得該資源的線程自己來釋放（只能是主動釋放)。
- 請求與保持條件
線程已經保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其他線程佔有，此時請求線程被阻塞，但對自己已獲得的資源保持不放。
- 循環等待條件
在發生死鎖時必然存在一個進程等待隊列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2佔有的資源，P2等待P3佔有的資源，…，Pn等待P1佔有的資源，形成一個進程等待環路，環路中每一個進程所佔有的資源同時被另一個申請，也就是前一個進程佔有後一個進程所深情地資源。
synchronized的局限性
如果我們的程序使用synchronized關鍵字發生了死鎖時，synchronized關鍵是是無法破壞「不可剝奪」這個死鎖的條件的。這是因為synchronized申請資源的時候， 如果申請不到， 線程直接進入阻塞狀態了， 而線程進入阻塞狀態， 啥都幹不了， 也釋放不了線程已經佔有的資源。
然而，在大部分場景下，我們都是希望「不可剝奪」這個條件能夠被破壞。也就是說對於「不可剝奪」這個條件，佔用部分資源的線程進一步申請其他資源時， 如果申請不到， 可以主動釋放它佔有的資源， 這樣不可剝奪這個條件就破壞掉了。
如果我們自己重新設計鎖來解決synchronized的問題，我們該如何設計呢？
解決問題
了解了synchronized的局限性之後，如果是讓我們自己實現一把同步鎖，我們該如何設計呢？也就是說，我們在設計鎖的時候，要如何解決synchronized的局限性問題呢？這裡，我覺得可以從三個方面來思考這個問題。
（1）能夠響應中斷。 synchronized的問題是， 持有鎖A後， 如果嘗試獲取鎖B失敗， 那麼線程就進入阻塞狀態， 一旦發生死鎖， 就沒有任何機會來喚醒阻塞的線程。 但如果阻塞狀態的線程能夠響應中斷信號， 也就是說當我們給阻塞的線程發送中斷信號的時候， 能夠喚醒它， 那它就有機會釋放曾經持有的鎖A。 這樣就破壞了不可剝奪條件了。
（2）支持超時。 如果線程在一段時間之內沒有獲取到鎖， 不是進入阻塞狀態， 而是返回一個錯誤， 那這個線程也有機會釋放曾經持有的鎖。 這樣也能破壞不可剝奪條件。
（3）非阻塞地獲取鎖。 如果嘗試獲取鎖失敗， 並不進入阻塞狀態， 而是直接返回， 那這個線程也有機會釋放曾經持有的鎖。 這樣也能破壞不可剝奪條件。
體現在Lock接口上，就是Lock接口提供的三個方法，如下所示。
// 支持中斷的API void lockInterruptibly() throws InterruptedException; // 支持超時的API boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; // 支持非阻塞獲取鎖的API boolean tryLock();
- lockInterruptibly()
支持中斷。
- tryLock()方法
tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true，如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲取），則返回false，也就說這個方法無論如何都會立即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。
- tryLock(long time, TimeUnit unit)方法
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區別在於這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內如果還拿不到鎖，就返回false。如果一開始拿到鎖或者在等待期間內拿到了鎖，則返回true。
也就是說，對於死鎖問題，Lock能夠破壞不可剝奪的條件，例如，我們下面的程序代碼就破壞了死鎖的不可剝奪的條件。
public class TansferAccount{ private Lock thisLock = new ReentrantLock(); private Lock targetLock = new ReentrantLock(); //賬戶的餘額 private Integer balance; //轉賬操作 public void transfer(TansferAccount target, Integer transferMoney){ boolean isThisLock = thisLock.tryLock(); if(isThisLock){ try{ boolean isTargetLock = targetLock.tryLock(); if(isTargetLock){ try{ if(this.balance >= transferMoney){ this.balance -= transferMoney; target.balance += transferMoney; } }finally{ targetLock.unlock } } }finally{ thisLock.unlock(); } } } }
例外，Lock下面有一個ReentrantLock，而ReentrantLock支持公平鎖和非公平鎖。
在使用ReentrantLock的時候， ReentrantLock中有兩個構造函數， 一個是無參構造函數， 一個是傳入fair參數的構造函數。 fair參數代表的是鎖的公平策略， 如果傳入true就表示需要構造一個公平鎖， 反之則表示要構造一個非公平鎖。如下代碼片段所示。
//無參構造函數： 默認非公平鎖 public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); } //根據公平策略參數創建鎖 public ReentrantLock(boolean fair){ sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }
鎖的實現在本質上都對應着一個入口等待隊列， 如果一個線程沒有獲得鎖， 就會進入等待隊列， 當有線程釋放鎖的時候， 就需要從等待隊列中喚醒一個等待的線程。 如果是公平鎖， 喚醒的策略就是誰等待的時間長， 就喚醒誰， 很公平； 如果是非公平鎖， 則不提供這個公平保證， 有可能等待時間短的線程反而先被喚醒。 而Lock是支持公平鎖的，synchronized不支持公平鎖。
最後，值得注意的是，在使用Lock加鎖時，一定要在finally{}代碼塊中釋放鎖，例如，下面的代碼片段所示。
try{ lock.lock(); }finally{ lock.unlock(); }
註：其他synchronized和Lock的詳細說明，小夥伴們自行查閱即可。
