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Java多线程同步方法ReentrantLock显式锁实现方式

java 2025/5/12 22:15:13

一、基本使用方式

显式获取与释放锁
- 声明锁对象：通常使用final修饰ReentrantLock实例，避免外部修改导致锁状态异常。
- 加锁与解锁：需手动调用lock()和unlock()方法，且unlock()必须放在finally块中，确保异常时锁仍能释放。
```
public class SharedData {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void accessData() {lock.lock();  // 显式获取锁try {// 临界区代码} finally {lock.unlock();  // 显式释放锁}}
}
```
- 关键点：若在lock()和try之间插入代码（如日志记录），需确保不会抛出异常，否则unlock()可能未执行，导致锁泄漏。

锁的可重入性

同一线程可多次获取同一把锁，释放次数需与获取次数匹配。

public void nestedLock() {lock.lock();try {lock.lock();  // 允许重入try { ... }finally { lock.unlock(); }  // 第二次释放} finally { lock.unlock(); }    // 第一次释放
}

此特性避免了线程在递归或嵌套调用中因重复加锁导致的死锁。

二、公平性与非公平性

构造函数参数
- 通过ReentrantLock(boolean fair)指定公平策略：
  - 公平锁（fair=true）：按请求顺序分配锁，减少线程饥饿，但可能降低吞吐量。
  - 非公平锁（默认）：允许插队获取锁，性能更高，但可能引发饥饿。
适用场景
- 高并发场景下优先使用非公平锁；需保证公平性（如资源分配）时选择公平锁。

三、高级特性

尝试加锁与超时机制
- 尝试非阻塞加锁：tryLock()方法立即返回是否成功获取锁，避免线程阻塞。
- 带超时的尝试加锁：tryLock(long timeout, TimeUnit unit)在指定时间内尝试获取锁，超时后返回false。
```
if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {try { ... }finally { lock.unlock(); }
}
```

条件变量（Condition）

通过newCondition()创建多个条件队列，实现多条件等待与通知。

示例：生产者-消费者模式中，不同条件（如“数据已满”和“数据为空”）可分别管理。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition notEmpty = lock.newCondition();
Condition notFull = lock.newCondition();
// 生产者线程
lock.lock();
try {while (queue.size() >= CAPACITY) {notFull.await();  // 等待队列不满}queue.add(item);notEmpty.signal();    // 通知消费者
} finally { lock.unlock(); }
// 消费者线程
lock.lock();
try {while (queue.isEmpty()) {notEmpty.await();  // 等待队列非空}item = queue.remove();notFull.signal();     // 通知生产者
} finally { lock.unlock(); }

相比synchronized的wait/notify，Condition支持更细粒度的线程协作。

四、性能优化与注意事项

性能对比
- 在低竞争场景下，synchronized因JVM优化（如偏向锁）可能更快；高竞争场景下，ReentrantLock的可控制性更优。
- ReentrantLock的显式锁释放机制减少了线程上下文切换的开销。
常见问题
- 锁泄漏：忘记调用unlock()会导致其他线程永久阻塞，需严格使用finally块。
- 死锁：嵌套锁需确保获取顺序一致，或使用超时机制避免无限等待。

五、与`synchronized`的对比

特性	`ReentrantLock`	`synchronized`
加锁方式	显式（需手动调用`lock/unlock`）	隐式（编译器自动处理）
锁粒度	可指定任意对象锁	方法或代码块（基于对象实例）
公平性	支持公平与非公平模式	仅非公平
条件变量	支持多条件队列	仅单条件（`wait/notify`）
性能	高竞争场景更优	低竞争场景更优