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Java学习手册：Java锁机制详解

news 2025/9/18 7:08:46

Java锁机制详解

在Java并发编程中，锁机制是确保线程安全和数据一致性的核心工具之一。锁机制通过控制多个线程对共享资源的访问，确保同一时间只有一个线程可以操作该资源。本文将深入探讨Java中的各种锁机制，包括synchronized锁、ReentrantLock、读写锁、自旋锁等，并结合实际示例说明它们的使用方法和应用场景。

锁的基本概念

锁是一种用于控制多个线程访问共享资源的机制。在Java中，锁主要分为以下几种类型：

互斥锁：确保同一时间只有一个线程可以获取锁。
读写锁：允许多个线程同时读取资源，但写操作需要独占锁。
自旋锁：线程在等待锁时不会进入阻塞状态，而是在循环中不断尝试获取锁。

synchronized锁

synchronized是Java中最常用的锁机制之一，它通过对象的锁来确保同一时间只有一个线程可以执行同步代码块或方法。

同步方法

通过在方法前添加synchronized关键字，可以确保同一时间只有一个线程可以调用该方法。

示例代码：

public class BankAccount {private double balance;public synchronized void deposit(double amount) {if (amount > 0) {balance += amount;System.out.println("存入: " + amount + ", 余额: " + balance);}}public synchronized void withdraw(double amount) {if (amount > 0 && amount <= balance) {balance -= amount;System.out.println("取出: " + amount + ", 余额: " + balance);}}
}

同步代码块

通过在代码块前添加synchronized关键字和一个锁对象，可以确保同一时间只有一个线程可以执行该代码块。

示例代码：

public class BankAccount {private double balance;private final Object lock = new Object();public void deposit(double amount) {synchronized (lock) {if (amount > 0) {balance += amount;System.out.println("存入: " + amount + ", 余额: " + balance);}}}public void withdraw(double amount) {synchronized (lock) {if (amount > 0 && amount <= balance) {balance -= amount;System.out.println("取出: " + amount + ", 余额: " + balance);}}}
}

ReentrantLock

ReentrantLock是Java中的一种可重入锁，提供了比synchronized更灵活的锁机制。它允许线程多次获取同一个锁，并且提供了公平锁和非公平锁的选择。

示例代码：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Counter {private int count = 0;private final Lock lock = new ReentrantLock();public void increment() {lock.lock();try {count++;} finally {lock.unlock();}}public int getCount() {lock.lock();try {return count;} finally {lock.unlock();}}
}

读写锁（ReadWriteLock）

读写锁允许多个线程同时读取资源，但写操作需要独占锁。这在读多写少的场景中非常有用。

示例代码：

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class DataContainer {private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();private String data = "";public void writeData(String newData) {readWriteLock.writeLock().lock();try {data = newData;System.out.println("写入数据: " + data);} finally {readWriteLock.writeLock().unlock();}}public String readData() {readWriteLock.readLock().lock();try {System.out.println("读取数据: " + data);return data;} finally {readWriteLock.readLock().unlock();}}
}

自旋锁

自旋锁是一种非阻塞锁，线程在等待锁时不会进入阻塞状态，而是在循环中不断尝试获取锁。自旋锁适用于锁持有时间较短的场景。

示例代码：

public class SpinLock {private boolean locked = false;public void lock() {while (!compareAndSet(false, true)) {// 自旋等待}}public void unlock() {compareAndSet(true, false);}private boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) {// 使用CAS操作实现return false;}
}