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一、Lock体系结构

1、基础接口简介

Lock加锁相关结构中涉及两个使用广泛的基础API：ReentrantLock类和Condition接口，基本关系如下：

Lock接口

Java并发编程中资源加锁的根接口之一，规定了资源锁使用的几个基础方法。

ReentrantLock类

实现Lock接口的可重入锁，即线程如果获得当前实例的锁，并进入任务方法，在线程没有释放锁的状态下，可以再次进入任务方法，特点：互斥排它性，即同一个时刻只有一个线程进入任务。

Condition接口

Condition接口描述可能会与锁有关联的条件变量，提供了更强大的功能，例如在线程的等待/通知机制上，Conditon可以实现多路通知和选择性通知。

2、使用案例

生产消费模式

写线程向容器中添加数据，读线程从容器获取数据，如果容器为空时，读线程等待。

public class LockAPI01 {private static Lock lock = new ReentrantLock() ;private static Condition condition1 = lock.newCondition() ;private static Condition condition2 = lock.newCondition() ;public static void main(String[] args) throws Exception {List<String> dataList = new ArrayList<>() ;ReadList readList = new ReadList(dataList);WriteList writeList = new WriteList(dataList);new Thread(readList).start();TimeUnit.SECONDS.sleep(2);new Thread(writeList).start();}// 读数据线程static class ReadList implements Runnable {private List<String> dataList ;public ReadList (List<String> dataList){this.dataList = dataList ;}@Overridepublic void run() {lock.lock();try {if (dataList.size() != 2){System.out.println("Read wait...");condition1.await();}System.out.println("ReadList WakeUp...");for (String element:dataList){System.out.println("ReadList："+element);}condition2.signalAll();} catch (InterruptedException e){e.fillInStackTrace() ;} finally {lock.unlock();}}}// 写数据线程static class WriteList implements Runnable {private List<String> dataList ;public WriteList (List<String> dataList){this.dataList = dataList ;}@Overridepublic void run() {lock.lock();try {dataList.add("Java") ;dataList.add("C++") ;condition1.signalAll();System.out.println("Write over...");condition2.await();System.out.println("Write WakeUp...");} catch (InterruptedException e){e.fillInStackTrace() ;} finally {lock.unlock();}}}
}

这个生产消费模式和生活中的点餐场景极为类似，用户下单，通知后厨烹饪，烹饪完成之后通知送餐。

顺序执行模式

既然线程执行可以互相通知，那也可以基于该机制实现线程的顺序执行，基本思路：在一个线程执行完毕后，基于条件唤醒下个线程。

public class LockAPI02 {public static void main(String[] args) {PrintInfo printInfo = new PrintInfo() ;ExecutorService service =  Executors.newFixedThreadPool(3);service.execute(new PrintA(printInfo));service.execute(new PrintB(printInfo));service.execute(new PrintC(printInfo));}
}
class PrintA implements Runnable {private PrintInfo printInfo ;public PrintA (PrintInfo printInfo){this.printInfo = printInfo ;}@Overridepublic void run() {printInfo.printA ();}
}
class PrintB implements Runnable {private PrintInfo printInfo ;public PrintB (PrintInfo printInfo){this.printInfo = printInfo ;}@Overridepublic void run() {printInfo.printB ();}
}
class PrintC implements Runnable {private PrintInfo printInfo ;public PrintC (PrintInfo printInfo){this.printInfo = printInfo ;}@Overridepublic void run() {printInfo.printC ();}
}
class PrintInfo {// 控制下个执行的线程private String info = "A";private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 三个线程，三个控制条件Condition conditionA = lock.newCondition();Condition conditionB = lock.newCondition();Condition conditionC = lock.newCondition();public void printA (){try {lock.lock();while (!info.equals("A")) {conditionA.await();}System.out.print("A");info = "B";conditionB.signalAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void printB (){try {lock.lock();while (!info.equals("B")) {conditionB.await();}System.out.print("B");info = "C";conditionC.signalAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void printC (){try {lock.lock();while (!info.equals("C")) {conditionC.await();}System.out.print("C");info = "A";conditionA.signalAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}
}

该案例经常出现在多线程的面试题中，如何实现ABC的顺序打印问题，基本思路就是基于线程的等待通知机制，但是实现方式很多，上述只是其中一种方式。

二、读写锁机制

1、基础API简介

重入锁的排它特性决定了性能会产生瓶颈，为了提升性能问题，JDK中还有另一套读写锁机制。读写锁中维护一个共享读锁和一个排它写锁，在实际开发中，读的场景还是偏多的，所以读写锁可以很好的提高并发性。

读写锁相关结构中两个基础API：ReadWriteLock接口和ReentrantReadWriteLock实现类，基本关系如下：

ReadWriteLock

提供两个基础方法，readLock获取读机制锁，writeLock获取写机制锁。

ReentrantReadWriteLock

接口ReadWriteLock的具体实现，特点：基于读锁时，其他线程可以进行读操作，基于写锁时，其他线程读、写操作都禁止。

2、使用案例

读写分离模式

通过读写锁机制，分别向数据容器Map中写入数据和读取数据，以此验证读写锁机制。

public class LockAPI03 {public static void main(String[] args) throws Exception {DataMap dataMap = new DataMap() ;Thread read = new Thread(new GetRun(dataMap)) ;Thread write = new Thread(new PutRun(dataMap)) ;write.start();Thread.sleep(2000);read.start();}
}
class GetRun implements Runnable {private DataMap dataMap ;public GetRun (DataMap dataMap){this.dataMap = dataMap ;}@Overridepublic void run() {System.out.println("GetRun："+dataMap.get("myKey"));}
}
class PutRun implements Runnable {private DataMap dataMap ;public PutRun (DataMap dataMap){this.dataMap = dataMap ;}@Overridepublic void run() {dataMap.put("myKey","myValue");}
}
class DataMap {Map<String,String> dataMap = new HashMap<>() ;ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock() ;Lock readLock = rwLock.readLock() ;Lock writeLock = rwLock.writeLock() ;// 读取数据public String get (String key){readLock.lock();try{return dataMap.get(key) ;} finally {readLock.unlock();}}// 写入数据public void put (String key,String value){writeLock.lock();try{dataMap.put(key,value) ;System.out.println("执行写入结束...");Thread.sleep(10000);} catch (Exception e) {System.out.println("Exception...");} finally {writeLock.unlock();}}
}

说明：当put方法一直在睡眠状态时，因为写锁的排它性质，所以读方法是无法执行的。

三、基础工具类

LockSupport简介

LockSupprot定义一组公共静态方法，这些方法提供最基本的线程阻塞和唤醒功
能。

基础方法

park()：当前线程阻塞，当前线程被中断或调用unpark方法，park()方法中返回；

park(Object blocker)：功能同park()，传入Object对象，记录导致线程阻塞的阻塞对象，方便问题排查；

parkNanos(long nanos)：指定时间nanos内阻塞当前线程，超时返回；

unpark(Thread thread)：唤醒指定处于阻塞状态的线程；

代码案例

该流程在购物APP上非常常见，当你准备支付时放弃，会有一个支付失效，在支付失效期内可以随时回来支付，过期后需要重新选取支付商品。

public class LockAPI04 {public static void main(String[] args) throws Exception {OrderPay orderPay = new OrderPay("UnPaid") ;Thread orderThread = new Thread(orderPay) ;orderThread.start();Thread.sleep(3000);orderPay.changeState("Pay");LockSupport.unpark(orderThread);}
}
class OrderPay implements Runnable {// 支付状态private String orderState ;public OrderPay (String orderState){this.orderState = orderState ;}public synchronized void changeState (String orderState){this.orderState = orderState ;}@Overridepublic void run() {if (orderState.equals("UnPaid")){System.out.println("订单待支付..."+orderState);LockSupport.park(orderState);}System.out.println("orderState="+orderState);System.out.println("订单准备发货...");}
}

这里基于LockSupport中park和unpark控制线程状态，实现的等待通知机制。

四、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

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