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Java Lock 接口（整合版）

发表于 更新于
作者 deathwhispers
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Java Lock 接口（整合版）

本文整合了原有的锁相关笔记（Java锁、java中的锁、锁的使用、jvm内置锁优化升级过程），统一从“概念 -> 机制 -> 实战”梳理。

1. 锁的整体认知

Java 里常见的并发控制手段：

  • synchronized：JVM 内置监视器锁，语法简单，自动释放。
  • Lock（典型是 ReentrantLock）：可中断、可超时、可尝试获取锁，能力更灵活。
  • ReadWriteLock：读写分离，适合读多写少场景。
  • Condition：基于 Lock 的等待/通知机制，比 wait/notify 更可控。

2. synchronized 与 Lock 对比

2.1 共同点

  • 都能实现互斥。
  • 都能保证可见性。
  • 都是可重入。

2.2 关键差异

  • synchronized 语法级，锁的获取和释放由 JVM 管理。
  • Lock 代码级，通常需要 try/finally 手动释放。
  • Lock 支持：
    • 超时获取（tryLock(timeout)）
    • 可中断获取（lockInterruptibly()）
    • 公平/非公平策略
    • 多条件队列（多个 Condition）

3. 公平锁与非公平锁

以 ReentrantLock 为例：

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Lock fairLock = new ReentrantLock(true);   // 公平锁
Lock unfairLock = new ReentrantLock(false); // 非公平锁（默认）
  • 公平锁：按等待顺序获取锁，吞吐量通常较低。
  • 非公平锁：允许插队，吞吐量更高，但可能出现线程饥饿。

4. JVM 锁优化脉络

sychronized 在 JVM 层经历了多种优化策略：

  • 偏向锁
  • 轻量级锁
  • 重量级锁
  • 自旋与自适应自旋
  • 锁消除
  • 锁粗化

这些优化目标一致：降低竞争不激烈场景下的加锁成本。

5. AQS 与 Lock 体系

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是 J.U.C 很多同步器的基础框架。

  • 典型实现：ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock
  • 核心机制：
    • volatile state 记录同步状态
    • CLH 同步队列管理等待线程
    • CAS + LockSupport.park/unpark

6. Condition 与 wait/notify

  • wait/notify 绑定在对象监视器上（synchronized）。
  • Condition 绑定在 Lock 上，可创建多个条件队列，更适合复杂协作场景。

典型能力：

  • await()：当前线程等待并释放锁
  • signal()：唤醒一个等待线程
  • signalAll()：唤醒全部等待线程

7. 读写锁适用场景

ReentrantReadWriteLock 的核心特性：

  • 读读共享
  • 读写互斥
  • 写写互斥

适合“读多写少”业务，如配置缓存、字典查询、元数据读取。

8. 实战建议

  • 能用 synchronized 且语义清晰时，优先简单方案。
  • 需要超时、中断、公平策略、多条件队列时，用 ReentrantLock。
  • 高并发读多写少场景可考虑读写锁。
  • 所有显式锁都必须在 finally 中释放。
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lock.lock();
try {
    // critical section
} finally {
    lock.unlock();
}

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本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权