Java中的鎖--同步鎖與JUC包中的鎖

這篇文章主要為大家詳細介紹了Java concurrency之鎖的相關資料，具有一定的參考價值，有興趣的小伙伴們可以參考一下

根據鎖的添加到Java中的時間，Java中的鎖，可以分為"同步鎖"和"JUC包中的鎖"。

同步鎖定

　　即透過synchronized關鍵字來進行同步，實現對競爭資源的互斥存取的鎖定。 Java 1.0版本中就已經支援同步鎖定了。

　　同步鎖定的原理是，對於每一個物件，有且僅有一個同步鎖定；不同的執行緒能共同存取該同步鎖定。但是，在同一個時間點，該同步鎖能且只能被一個執行緒取得到。這樣，取得到同步鎖的執行緒就能進行CPU調度，從而在CPU上執行；而沒有取得到同步鎖的線程，必須進行等待，直到取得同步鎖之後才能繼續運作。這就是，多執行緒透過同步鎖進行同步的原理！

JUC套件中的鎖 

#　　相比同步鎖，JUC套件中的鎖的功能更加強大，它為鎖定提供了一個框架，這個框架允許更靈活地使用鎖，只是它的用法更難罷了。

　　JUC包中的鎖，包括：Lock接口，ReadWriteLock接口，LockSupport阻塞原語，Condition條件，AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer三個抽像類，ReentrantLock獨佔鎖，ReentrantReadWriteLock讀寫鎖。由於CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore也是透過AQS來實現的；因此，我也將它們歸納到鎖的框架中進行介紹。

　　先看看鎖的框架圖，如下圖。

01. Lock介面

　　JUC套件中的Lock 介面支援那些語意不同(重入、公平等)的鎖規則。所謂語意不同，是指鎖可是有"公平機制的鎖"、"非公平機制的鎖"、"可重入的鎖"等等。 "公平機制"是指"不同執行緒取得鎖的機制是公平的"，而"非公平機制"則是指"不同執行緒取得鎖的機制是非公平的"，"可重入的鎖"是指同一個鎖能夠被一個執行緒多次取得。

02. ReadWriteLock

　　ReadWriteLock 介面以和Lock類似的方式定義了一些讀取者可以共享而寫入者獨佔的鎖。 JUC套件只有一個類別實作了該接口，即 ReentrantReadWriteLock，因為它適用於大部分的標準用法上下文。但程式設計師可以創建自己的、適用於非標準要求的實作。

03. AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer

　　AbstractQueuedSynAQ

　　AbstractQueuedSynAQ
##[]SynAQ非常有用的超類，可用來定義鎖以及依賴於排隊阻塞執行緒的其他同步器；ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore等這些類別都是基於AQS類別實現的。 AbstractQueuedLongSynchronizer 類別提供相同的功能但擴展了對同步狀態的 64 位元的支援。兩者都擴展了類別 AbstractOwnableSynchronizer（一個幫助記錄當前保持獨佔同步的線程的簡單類別）。

04. LockSupport

#　　LockSupport提供「建立鎖定」和「其他同步類別的基本執行緒阻塞原語」。
　　LockSupport的功能和"Thread中的Thread.suspend()和Thread.resume()有點類似"，LockSupport中的park() 和unpark() 的作用分別是阻塞線程和解除阻塞線程。但park()和unpark()不會遇到「Thread.suspend 和 Thread.resume可能引發的死鎖」問題。 

#########05. Condition############

　　Condition需要和Lock聯合使用，它的作用是取代Object監視器方法，可以透過await(),signal()來休眠/喚醒執行緒。
Condition 介面描述了可能會與鎖有關聯的條件變數。這些變數在用法上與使用 Object.wait 存取的隱式監視器類似，但提供了更強大的功能。需要特別指出的是，單一 Lock 可能與多個 Condition 物件關聯。為了避免相容性問題，Condition 方法的名稱與對應的 Object 版本中的不同。 

06. ReentrantLock

#　　ReentrantLock是獨佔鎖定。所謂獨佔鎖，是指只能被獨自佔領，也就是同一個時間點只能被一個線程鎖獲取到的鎖。 ReentrantLock鎖包括"公平的ReentrantLock"和"非公平的ReentrantLock"。 "公平的ReentrantLock"是指"不同線程獲取鎖的機制是公平的"，而"非公平的ReentrantLock"則是指"不同線程獲取鎖的機制是非公平的"，ReentrantLock是"可重入的鎖" 。

　　ReentrantLock的UML類別圖如下：

　　(01) ReentrantLock實作了Lock介面。
　　(02) ReentrantLock中有一個成員變數sync，sync是Sync型別；Sync是一個抽象類，而且它繼承於AQS。
　　(03) ReentrantLock中有"公平鎖類別"FairSync和"非公平鎖類別"NonfairSync，它們都是Sync的子類別。 ReentrantReadWriteLock中sync對象，是FairSync與NonfairSync中的一種，這也意味著ReentrantLock是"公平鎖"或"非公平鎖"中的一種，ReentrantLock預設是非公平鎖。

07. ReentrantReadWriteLock

　　ReentrantReadWriteLock是讀寫鎖定介面ReadWriteLock的實作類，它包括子類ReadLock和WriteLock。 ReentrantLock是共享鎖，而WriteLock是獨佔鎖。

　　ReentrantReadWriteLock的UML類別圖如下：

##       (01) ReentrantReadWriteLock實作了ReadWriteLock介面。

　　(02) ReentrantReadWriteLock包含sync對象，讀鎖readerLock和寫鎖writerLock。讀鎖ReadLock和寫鎖WriteLock都實作了Lock介面。
　　(03) 和"ReentrantLock"一樣，sync是Sync型別；而且，Sync也是繼承給AQS的抽象類別。 Sync還包括"公平鎖"FairSync和"非公平鎖"NonfairSync。

08. CountDownLatch

#　　CountDownLatch是一個同步輔助類，在完成一組正在其他執行緒中執行的操作之前，它允許一個或多個線程一直等待。 

　　CountDownLatch的UML類別圖如下：

#　　CountDownLatch包含了sync對象，sync是Sync類型。 CountDownLatch的Sync是實例類，它繼承於AQS。

09. CyclicBarrier

　　CyclicBarrier是一個同步輔助類，允許一組執行緒互相等待，直到到達某個公共屏障點(common barrier point)。因為該 barrier 在釋放等待線程後可以重複使用，所以稱它為循環 的 barrier。

　　CyclicBarrier的UML類別圖如下：

##　　CyclicBarrier是包含了"ReentrantLock物件lock"和"Condition物件trip"，它是透過獨佔鎖實現的。

　　CyclicBarrier和CountDownLatch的區別是：

　　(01) CountDownLatch的作用是允許1或N個執行緒等待其他執行緒完成執行；而CyclicBarrier則是允許N個執行緒互相等待。
　　(02) CountDownLatch的計數器無法被重置；CyclicBarrier的計數器可以被重置後使用，因此它被稱為是循環的barrier。 

10. Semaphore
　　Semaphore是一個計數訊號量，它的本質是一個"共享鎖定"。

　　信號量維護了一個信號量許可集。線程可以透過呼叫acquire()來取得信號量的許可；當信號量中有可用的許可時，線程能取得該許可；否則線程必須等待，直到有可用的許可為止。 線程可以透過release()來釋放它所持有的信號量許可。

　　Semaphore的UML類別圖如下：

和"ReentrantLock"一樣，Semaphore包含了sync對象，sync是Sync型別；而且，Sync也是一個繼承於AQS的抽象類別。 Sync還包括"公平信號量"FairSync和"非公平信號量"NonfairSync。

以上是Java中的鎖--同步鎖與JUC包中的鎖的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！