Java併發程式設計之鎖機制之Lock介面
在上篇文章 ofollow,noindex">《Java併發程式設計之鎖機制之引導篇》 及相關實現類,我們大致瞭解了Lock介面（以及相關實現類）在併發程式設計重要作用。接下來我們就來具體瞭解Lock介面中宣告的方法以及使用優勢。
Lock簡介
Lock 介面實現類提供了比使用 synchronized 方法和語句可獲得的更廣泛的鎖定操作。此實現允許更靈活的結構，可以具有差別很大的屬性，可以支援多個相關的 Condition (Condition實現類ConditonObject來實現執行緒的通知/與喚醒機制，關於Condition後期會進行介紹)物件。
鎖是用於控制多執行緒訪問共享資源的工具。通常，鎖提供對共享資源的獨佔訪問：一次只有一個執行緒可以獲取鎖，對共享資源的所有訪問都需要首先獲取鎖。但是，一些鎖可以允許同時訪問共享資源，例如 ReadWriteLock 。
雖然使用關鍵字synchronized修飾的方法或程式碼塊，會使得在監視器模式（ObjectMonitor)下程式設計變得非常容易(通過synchronized塊或者方法所提供的隱式獲取釋放鎖的便捷性)。雖然這種方式簡化了鎖的管理，但是某些情況下，還是建議採用Lock介面（及其相關子類）提供的顯示的鎖的獲取和釋放。例如，針對一個場景，手把手進行鎖獲取和釋放，先獲得鎖A，然後再獲取鎖B，當鎖B獲得後，釋放鎖A同時獲取鎖C，當鎖C獲得後，再釋放B同時獲取鎖D，以此類推。這種場景下， synchronized關鍵字就不那麼容易實現了，而Lock介面的實現類 允許鎖在不同的作用範圍內獲取和釋放 ，並允許以任何順序獲取和釋放多個鎖。
Lock介面中的方法
關於Lock介面中涉及到的方法具體如下：（建議直接在PC端檢視，手機上有可能看的不是很清楚）
從上表中，我們就可以得出使用Lock介面實現的鎖機制與使用傳統的synchronized的區別
- 嘗試非阻塞地獲取鎖：當執行緒嘗試獲取鎖，如果這一時刻鎖沒有被其他執行緒獲取到，則成功獲取並持有鎖。
- 能被中斷的獲取鎖：與synchronized不同，獲取到鎖的執行緒能夠響應中斷，當獲取到鎖的執行緒被中斷時，中斷異常會被丟擲，同時鎖也會被釋放。
- 超時獲取鎖：在指定的截止時間之前獲取鎖，如果截止時間到了任然無法獲取到鎖，則返回。
Lock簡單使用與注意事項
其中Lock的使用方式也很簡單，具體程式碼如下所示：
Lock lock = ....;具體實現類
lock.lock();
try {
} finally {
lock.unlock();//建議在finally中釋放鎖
}
複製程式碼
當鎖定和解鎖發生在不同的範圍時，一定要注意確保在持有鎖時執行的所有程式碼都受到try-finally或try-catch的保護，以確保在必要時釋放鎖。 不要將獲取鎖的過程寫在try塊中 ，因為如果在獲取鎖（自定義鎖的實現）時發生了異常，異常丟擲的同時，也會導致鎖無故釋放（因為一旦發生異常，就會走finally語句，如果這個異常（可能是使用者自定義異常，使用者可以自己處理）需要執行緒1來處理，但是接著執行了lock.unlock()語句導致了鎖的釋放。那麼其他執行緒就可以操作共享資源。有可能破壞程式的執行結果）。
Lock相關實現類實現鎖機制
為了使用Lock介面實現相關鎖功能時，會涉及以下類和介面，這裡還是把上篇文章提到的UML圖展示出來：
上圖中，
- 綠色部分為：其中
ReentrantLock（重入鎖）、WriteLock、ReadLock都是Lock的實現類。Segment為ReentrantLock的子類（在後續文章，ConcurrentHashMap的講解中我們會提及）。ReentrantReadWriteLock （讀寫鎖）的實現使用了WriteLock與ReadLock類。 - 紫色部分為：其中
AbstractQueuedSynchronizer與AbstractQueuedLongSynchronizer都為AbstractOwnableSynchronizer的子類，該兩個類中都維護了一個同步佇列，用於執行緒的併發執行。在該兩個類中擁有名為ConditionObject(為Conditon的實現類)的內部類，只是其內部實現不同。在ConditionObject內部維護了一個等待佇列，用於控制執行緒的等待與喚醒。
基本程式碼結構
在瞭解了Lock相關實現類實現鎖機制後，這裡給實現該鎖機制的大致程式碼結構（根據不同需求，部分方法實現可能不一樣，這裡只是一個參考，並不是樣本程式碼）。具體程式碼如下所示：
class LockImpl implements Lock {
private final sync mSync = new sync();
@Override
public void lock() {
mSync.acquire(1);
}
@Override
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
mSync.acquireInterruptibly(1);
}
@Override
public boolean tryLock() {
return mSync.tryAcquire(1);
}
@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return mSync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
}
@Override
public void unlock() {
mSync.release(1);
}
@Override
public Condition newCondition() {
return mSync.newCondition();
}
//這裡也可以繼承AbstractQueuedLongSynchronizer
private static class sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
@Override
protected boolean isHeldExclusively() {...}
@Override
protected boolean tryAcquire(int arg) {...}
@Override
protected boolean tryRelease(int arg) {...}
@Override
protected int tryAcquireShared(int arg) {...}
@Override
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {...}
final ConditionObject newCondition() {...}
}
}
複製程式碼
從程式碼中我們可以看出，在整個Lock介面下實現的鎖機制中， AQS(這裡我們將AbstractQueuedSynchronizer 或AbstractQueuedLongSynchronizer統稱為AQS) 是實現鎖的關鍵，整個鎖的實現是在Lock類的實現類中聚合AQS來實現的，從程式碼層面上來說，Lock介面（及其實現類）是面向使用者的，它定義了使用者與鎖互動的介面（比如可以允許兩個執行緒並行訪問），隱藏了實現細節。AQS與Condition才是真正的實現者，它簡化了鎖的實現方式，遮蔽了同步狀態管理、執行緒的排隊、等待與喚醒等底層操作。