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Java 中 Lock 接口详解：灵活强大的线程同步机制

news 来源：原创 2025/6/2 17:59:04

在 Java 中，Lock 是一个接口，它提供了比 synchronized 关键字更灵活、更强大的线程同步机制。以下将详细介绍 Lock 接口及其实现类，以及它与 synchronized 相比的优点。

Lock 接口及其实现类介绍

Lock 接口

Lock 接口定义了一系列用于获取和释放锁的方法，主要方法如下：

void lock()：获取锁，如果锁不可用，则当前线程将被阻塞，直到锁被释放。
void lockInterruptibly()：可中断地获取锁，在获取锁的过程中，如果当前线程被中断，则会抛出 InterruptedException 异常。
boolean tryLock()：尝试非阻塞地获取锁，如果锁可用，则获取锁并返回 true；否则返回 false。
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)：在指定的时间内尝试获取锁，如果在该时间内锁可用，则获取锁并返回 true；否则返回 false。如果在等待过程中线程被中断，则会抛出 InterruptedException 异常。
void unlock()：释放锁。
Condition newCondition()：返回一个与该锁关联的 Condition 对象，用于实现线程间的等待 - 通知机制。

常见实现类

ReentrantLock：可重入锁，是 Lock 接口最常用的实现类。它支持与 synchronized 相同的可重入特性，即同一个线程可以多次获取同一把锁而不会被阻塞。
ReentrantReadWriteLock：读写锁，它维护了一对锁，一个读锁和一个写锁。多个线程可以同时获取读锁，但写锁是排他的，即同一时间只能有一个线程获取写锁，并且在写锁被持有时，其他线程不能获取读锁或写锁。

Lock 与 synchronized 对比的优点

1. 灵活性更高

锁的获取和释放可分离：synchronized 是基于代码块或方法的，锁的获取和释放是隐式的，由 JVM 自动完成。而 Lock 接口的 lock() 和 unlock() 方法可以在不同的代码块中调用，这使得锁的获取和释放更加灵活。
例如，在某些复杂的业务逻辑中，可能需要在不同的条件下释放锁，使用 Lock 可以很方便地实现这一点。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class LockFlexibilityExample {private final Lock lock = new ReentrantLock();public void complexOperation() {lock.lock();try {// 执行一些操作if (someCondition()) {return;}// 继续执行其他操作} finally {lock.unlock();}}private boolean someCondition() {// 模拟条件判断return Math.random() > 0.5;}
}

在上述代码中，如果 someCondition() 方法返回 true，则会提前退出方法，但在 finally 块中仍然可以确保锁被释放。

可中断的锁获取：Lock 接口提供了 lockInterruptibly() 方法，允许线程在获取锁的过程中被中断。而 synchronized 关键字在获取锁时是不可中断的，一旦线程进入阻塞状态，就只能等待锁被释放。这在某些场景下非常有用，例如当线程需要响应中断信号来执行其他操作时。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class InterruptibleLockExample {private final Lock lock = new ReentrantLock();public void interruptibleTask() throws InterruptedException {lock.lockInterruptibly();try {// 执行任务System.out.println("获取到锁，执行任务");} finally {lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {InterruptibleLockExample example = new InterruptibleLockExample();Thread thread = new Thread(() -> {try {example.interruptibleTask();} catch (InterruptedException e) {System.out.println("线程被中断");}});thread.start();// 中断线程thread.interrupt();}
}

在上述代码中，线程在获取锁的过程中被中断，会抛出 InterruptedException 异常，从而可以进行相应的处理。

2. 可实现公平锁

ReentrantLock 可以通过构造函数指定是否为公平锁。公平锁是指线程按照请求锁的顺序依次获取锁，避免了某些线程长时间得不到锁的情况。而 synchronized 关键字是非公平锁，线程获取锁的顺序是不确定的，可能会导致某些线程饥饿。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class FairLockExample {private final Lock fairLock = new ReentrantLock(true);public void fairTask() {fairLock.lock();try {// 执行任务System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取到公平锁");} finally {fairLock.unlock();}}public static void main(String[] args) {FairLockExample example = new FairLockExample();for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(example::fairTask, "Thread-" + i).start();}}
}

在上述代码中，ReentrantLock 被初始化为公平锁，线程会按照请求锁的顺序依次获取锁。

3. 支持多个条件变量

Lock 接口的 newCondition() 方法可以返回一个与该锁关联的 Condition 对象，一个 Lock 可以关联多个 Condition 对象，从而实现更精细的线程间通信。而 synchronized 关键字只能使用 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法，这些方法是基于对象的监视器，只能实现简单的线程间等待 - 通知机制。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class ConditionExample {private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition notFull = lock.newCondition();private final Condition notEmpty = lock.newCondition();private final int[] buffer = new int[10];private int count = 0;private int in = 0;private int out = 0;public void put(int value) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == buffer.length) {notFull.await();}buffer[in] = value;in = (in + 1) % buffer.length;count++;notEmpty.signal();} finally {lock.unlock();}}public int take() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == 0) {notEmpty.await();}int value = buffer[out];out = (out + 1) % buffer.length;count--;notFull.signal();return value;} finally {lock.unlock();}}
}

在上述代码中，notFull 和 notEmpty 是两个不同的 Condition 对象，分别用于控制缓冲区满和缓冲区空的情况，实现了更精细的线程间通信。
总结
Lock 接口及其实现类提供了比 synchronized 关键字更灵活、更强大的线程同步机制，在需要更精细的锁控制、可中断的锁获取、公平锁和多个条件变量等场景下，Lock 是更好的选择。但 synchronized 关键字使用起来更加简单，在一些简单的同步场景下仍然是首选。