Java synchronized 可重入鎖 基本概念

Java 5以前的併發程式設計

Java的執行緒模型建立在搶佔式執行緒排程的基礎上，也就是說：

• 所有執行緒可以很容易的共享同一程式中的物件。
• 能夠引用這些物件的任何執行緒都可以修改這些物件。
• 為了保護資料，物件可以被鎖住。

Java基於執行緒和鎖的併發過於底層，而且使用鎖很多時候都是很萬惡的，因為它相當於讓所有的併發都變成了排隊等待。

在Java 5以前，可以用synchronized關鍵字來實現鎖的功能，它可以用在程式碼塊和方法上，表示在執行整個程式碼塊或方法之前執行緒必須取得合適的鎖。對於類的非靜態方法（成員方法）而言，這意味這要取得物件例項的鎖，對於類的靜態方法（類方法）而言，要取得類的Class物件的鎖，對於同步程式碼塊，程式設計師可以指定要取得的是那個物件的鎖。

不管是同步程式碼塊還是同步方法，每次只有一個執行緒可以進入，如果其他執行緒試圖進入（不管是同一同步塊還是不同的同步塊），JVM會將它們掛起（放入到等鎖池中）。這種結構在併發理論中稱為臨界區（critical section）。這裡我們可以對Java中用synchronized實現同步和鎖的功能做一個總結：

• 只能鎖定物件，不能鎖定基本資料型別
• 被鎖定的物件陣列中的單個物件不會被鎖定
• 同步方法可以視為包含整個方法的synchronized(this) { … }程式碼塊
• 靜態同步方法會鎖定它的Class物件
• 內部類的同步是獨立於外部類的
• synchronized修飾符並不是方法簽名的組成部分，所以不能出現在介面的方法宣告中
• 非同步的方法不關心鎖的狀態，它們在同步方法執行時仍然可以得以執行
• synchronized實現的鎖是可重入的鎖

在JVM內部，為了提高效率，同時執行的每個執行緒都會有它正在處理的資料的快取副本，當我們使用synchronzied進行同步的時候，真正被同步的是在不同執行緒中表示被鎖定物件的記憶體塊（副本資料會保持和主記憶體的同步，現在知道為什麼要用同步這個詞彙了吧），簡單的說就是在同步塊或同步方法執行完後，對被鎖定的物件做的任何修改要在釋放鎖之前寫回到主記憶體中；在進入同步塊得到鎖之後，被鎖定物件的資料是從主記憶體中讀出來的，持有鎖的執行緒的資料副本一定和主記憶體中的資料檢視是同步的 。

基於synchronized關鍵字的鎖機制有以下問題：

• 鎖只有一種型別，而且對所有同步操作都是一樣的作用
• 鎖只能在程式碼塊或方法開始的地方獲得，在結束的地方釋放
• 執行緒要麼得到鎖，要麼阻塞，沒有其他的可能性

Java 5的併發程式設計

Java 5對鎖機制進行了重構，提供了顯示的鎖，這樣可以在以下幾個方面提升鎖機制：

• 可以新增不同型別的鎖，例如讀取鎖和寫入鎖
• 可以在一個方法中加鎖，在另一個方法中解鎖
• 可以使用tryLock方式嘗試獲得鎖，如果得不到鎖可以等待、回退或者乾點別的事情，當然也可以在超時之後放棄操作

顯示的鎖都實現了java.util.concurrent.Lock介面，主要有兩個實現類：

• ReentrantLock – 比synchronized稍微靈活一些的重入鎖
• ReentrantReadWriteLock – 在讀操作很多寫操作很少時效能更好的一種重入鎖

可重入鎖

• 可重入鎖，也叫做遞迴鎖，指的是同一執行緒外層函式獲得鎖之後 ，內層遞迴函式仍然有獲取該鎖的程式碼，但不受影響。
• 可重入鎖(Reentrant Lock)，是指允許同一個執行緒多次對該鎖進行acquire動作。對於不可重入的鎖，當一個執行緒多次呼叫acquire後將造成死鎖。

Reentrant 鎖意味著什麼呢？

簡單來說，它有一個與鎖相關的獲取計數器，如果擁有鎖的某個執行緒再次得到鎖，那麼獲取計數器就加1，然後鎖需要被釋放兩次才能獲得真正釋放。這模仿了 synchronized 的語義；如果執行緒進入由執行緒已經擁有的監控器保護的 synchronized 塊，就允許執行緒繼續進行，當執行緒退出第二個（或者後續） synchronized 塊的時候，不釋放鎖，只有執行緒退出它進入的監控器保護的第一個 synchronized 塊時，才釋放鎖。

本文節選自：關於Java併發程式設計的總結和思考

作者：jiankunking 出處：http://blog.csdn.net/jiankunking