java.util.concurrency.locks

java.util.concurrency.locks在java.util.concurrency(JUC)包下，它是一个提供了锁机制相关的类包，比如：Lock, Condition, ReadWriteLock等。

Lock接口

在JDK5之前，Java应用程序对于多线程的并发安全处理只能基于synchronized关键字解决，但是synchronized在有些场景中会存在一些短板。比如：它并不适合于所有的并发场景。Lock的出现可以解决synchronized在某些场景中的短板，它比synchronized更加灵活。

synchronized、wait

synchronized可以加锁，wait、notify可以看做加锁和解锁。但是synchronized方式加锁存在一定问题，因此出现了显式锁Lock。

synchronized的问题：

1、同步块的阻塞无法中断，不能Interruptibly

2、同步块的阻塞无法控制超时，无法自动解锁

3、同步块无法异步处理锁，即不能立即知道是否可以拿到锁

4、同步块无法根据条件灵活的加锁解锁，即只能跟同步块范围一致

Lock

Lock锁采用接口设计，使用方式灵活可控，性能开销小，属于java.util.concurrent.locks锁工具包

接口方法

使用Lock

public class LockCounter {
    private int sum = 0;
    // 可重入锁+公平锁
    private Lock lock = new ReentrantLock(true);

    public int incrAndGet() {
        try {
            lock.lock();
            return ++sum;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getSum() {
        return sum;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int loopNum = 10_0000;
        LockCounter counter = new LockCounter();
        // 从0到loopNum产生递增值序列,转成一个流，然后循环遍历0到loopNum数,进行求和
        IntStream.range(0, loopNum).parallel()
                .forEach(i -> counter.incrAndGet());
        System.out.println("counter.getSum() = " + counter.getSum());
    }
}

counter.getSum() = 100000

ReentrantLock重入锁

ReentrantLock是可以重入的锁，当一个线程获取锁时，还可以接着重复获取多次。

ReentrantLock具有与synchronized相同功能，但是会比synchronized更加灵活，具有更多的方法。

ReentrantLock底层基于AbstractQueuedSynchronizer实现。

ReentrantLock与Synchronized的异同

ReentrantLock和synchronized都是独占锁，只允许线程互斥的访问临界区。

实现上两者不同:

synchronized加锁解锁的过程是隐式的，用户不用手动操作，优点是操作简单，但不够灵活。一般并发场景使用synchronized

ReentrantLock需要手动加锁和解锁，且解锁的操作尽量要放在finally代码块中，保证线程正确释放锁。操作较为复杂，但是因为可以手动控制加锁和解锁过程，在复杂的并发场景中使用。

都是可重入：

synchronized因为可重入因此可以放在被递归执行的方法上，且不用担心线程最后能否正确释放锁

ReentrantLock在重入时要却确保重复获取锁的次数必须和重复释放锁的次数一样，否则可能导致其他线程无法获得该锁。

ReentrantLock实现公平、非公平锁

ReentrantLock可以实现公平、非公平锁。

公平锁是指当锁可用时,在锁上等待时间最长的线程将获得锁的使用权。非公平锁则随机分配这种使用权。

ReentrantLock和synchronized一样，默认ReentrantLock实现是非公平锁，因为相比公平锁，非公平锁性能更好。

创建公平锁

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

创建非公平锁

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false);

使用示例

public class ReentrantLockDemo {

    private static int count = 0;

    // 公平重入锁
    static Lock lock = new ReentrantLock(true);

    public static void inc() {
        // 线程获得锁(互斥锁)
        lock.lock();
        try {
            Thread.sleep(1);
            count++;
            getLock();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //释放锁 
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void getLock() {
        // 同一个线程再次来抢占锁 : 不需要再次抢占锁，而是只增加重入的次数
        lock.lock();
        try {
            count--;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> AtomicDemo.inc());
        t1.start();

        System.out.println("result:" + count);
    }
}

result:0

ReadWriteLock重入读写锁

ReadWriteLock管理一组锁：一个读锁，一个写锁。它适用于读多写少的并发情况。

读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，写锁是独占的。因此，在读写锁的实现时必须确保写操作对读操作的影响。每次只能有一个写线程，但是同时可以有多个线程并发地读数据。

接口方法

Lock readLock(); 获取读锁，共享锁

Lock writeLock(); 获取写锁，独占锁，排斥读锁

使用ReadWriteLock

public class ReadWriteLockCounter {
    private int sum = 0;
    /**
     * 可重入、读写锁、公平/非公平锁
     * fair：true:公平锁 false:非公平锁
     * 公平锁意味排队靠前的优先
     * 非公平锁则都是同样机会
     */
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(true);

    public int incrAndGet() {
        try {
            // 写锁 独占锁 被读锁排斥
            lock.writeLock().lock();
            return ++sum;
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public int getSum() {
        try {
            // 读锁 共享锁 保证可见性
            lock.readLock().lock();
            return sum;
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int loopNum = 10_0000;
        ReadWriteLockCounter readWriteLockCounter = new ReadWriteLockCounter();
        // 从0到loopNum产生递增值序列,转成一个流，然后循环遍历0到loopNum数,进行求和
        IntStream.range(0, loopNum).parallel()
                .forEach(i -> readWriteLockCounter.incrAndGet());
        System.out.println("counter.getSum() = " + readWriteLockCounter.getSum());
        System.out.println("counter.getSum() = " + readWriteLockCounter.getSum());
    }
}

counter.getSum() = 100000
counter.getSum() = 100000

Condition信号量

Condition是一个多线程协调通信的工具类，可以让某些线程一起等待某个条件（ condition ），只有满足条件时，线程才会被唤醒

Condition具有线程的wait和notify的功能，有2个核心方法：

await：把当前线程阻塞挂起

signal：唤醒阻塞的线程

当调用await方法后，当前线程会释放锁并等待，而其他线程调用condition对象的signal或者signalall方法通知并被阻塞的线程，然后自己执行unlock释放锁，被唤醒的线程获得之前的锁继续执行，最后释放锁。

接口方法

使用Condition

    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        // 重入锁
        Lock lock = new ReentrantLock();
        // 通过Lock.newCondition()创建,可以看做是Lock对象上的信号,类似于wait/notify
        Condition condition = lock.newCondition();
        int maxSize = 5;

        Producer producer = new Producer(queue, maxSize, lock, condition);
        Consumer consumer = new Consumer(queue, maxSize, lock, condition);

        Thread t1 = new Thread(producer);
        Thread t2 = new Thread(consumer);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

public class Producer implements Runnable {

    private Queue<String> msg;

    private int maxSize;

    Lock lock;
    Condition condition;

    public Producer(Queue<String> msg, int maxSize, Lock lock, Condition condition) {
        this.msg = msg;
        this.maxSize = maxSize;
        this.lock = lock;
        this.condition = condition;
    }

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (true) {
            i++;
            lock.lock();
            while (msg.size() == maxSize) {
                System.out.println("生产者队列满了，先等待");
                try {
                    condition.await(); // 阻塞线程并释放锁
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("生产消息：" + i);
            msg.add("生产者的消息内容" + i);
            condition.signal(); // 唤醒阻塞状态下的线程
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class Consumer implements Runnable {
    private Queue<String> msg;

    private int maxSize;

    Lock lock;
    Condition condition;

    public Consumer(Queue<String> msg, int maxSize, Lock lock, Condition condition) {
        this.msg = msg;
        this.maxSize = maxSize;
        this.lock = lock;
        this.condition = condition;
    }

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (true) {
            i++;
            lock.lock(); //synchronized
            while (msg.isEmpty()) {
                System.out.println("消费者队列空了，先等待");
                try {
                    condition.await(); //阻塞线程并释放锁   wait
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("消费消息：" + msg.remove());
            condition.signal(); //唤醒阻塞状态下的线程
            lock.unlock();
        }
    }
}

生产消息：1
生产消息：2
生产消息：3
生产消息：4
生产消息：5
生产者队列满了，先等待
消费消息：生产者的消息内容1
消费消息：生产者的消息内容2
消费消息：生产者的消息内容3
消费消息：生产者的消息内容4
消费消息：生产者的消息内容5
消费者队列空了，先等待
生产消息：6
生产消息：7
生产消息：8
生产消息：9

LockSupport锁当前线程

LockSupport类似于Thread 类的静态方法，专门处理执行代码的本线程。

接口方法

使用LockSupport

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒");
        }, "t1");
        t1.start();

        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始唤醒");
            LockSupport.unpark(t1);
        }, "t2").start();
    }

t1 开始执行
t2 开始执行
t2 开始唤醒
t1 被唤醒

用锁原则

1. 只在更新对象的成员变量时加锁

2. 只在访问可变的成员变量时加锁

3. 不在调用其他对象的方法时加锁

4. 降低锁范围：锁定代码的范围、作用域

5. 细分锁粒度：一个大锁，拆分成多个小锁