什麼是鎖，鎖有哪些

鎖是java併發編程中最重要的同步機制。它可使臨界區互斥執行，部分鎖可以通過一定的手段進行消息通訊。

Java中有哪些鎖？

分佈式鎖實現

分佈式鎖常用實現有1. 數據庫樂觀鎖；2. 基於Redis的分佈式鎖；3. 基於ZooKeeper的分佈式鎖，此章節著重介紹數據庫樂觀鎖和基於redis的分佈式鎖的實現。

樂觀鎖、悲觀鎖

樂觀鎖：總是認為不會產生併發問題，每次去取數據的時候總認為不會有其他線程對數據進行修改，因此不會上鎖，但是在更新時會判斷其他線程在這之前有沒有對數據進行修改，一般會使用版本號機制或CAS操作實現。

悲觀鎖：總是假設最壞的情況，每次取數據時都認為其他線程會修改，所以都會加鎖（讀鎖、寫鎖、行鎖等），當其他線程想要訪問數據時，都需要阻塞掛起。可以依靠數據庫實現，如行鎖、讀鎖和寫鎖等，都是在操作之前加鎖，在Java中，synchronized的思想也是悲觀鎖。

數據庫樂觀鎖主要是運用version的方式，一般是在數據表中加上一個數據版本號version字段，表示數據被修改的次數，當數據被修改時，version值會加一。當線程A要更新數據值時，在讀取數據的同時也會讀取version值，在提交更新時，若剛才讀取到的version值為當前數據庫中的version值相等時才更新，否則重試更新操作，直到更新成功。

Update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};

基於redis的分佈式鎖

鎖設計原則：

1. 互斥性：在任意時刻，只有一個客戶端能持有鎖。
2. 無死鎖：即使有一個客戶端在持有鎖的期間崩潰而沒有主動解鎖，也能保證後續其他客戶端能加鎖。
3. 容錯性：只要大部分的Redis節點正常運行，客戶端就可以加鎖和解鎖。
4. 同源加解鎖 ：加鎖和解鎖必須是同一個客戶端，客戶端自己不能把別人加的鎖給解了

實現：

使用setnx加鎖

jedis方法jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)，這個set()方法一共有五個形參：

第一個為key，我們使用key來當鎖，因為key是唯一的。

第二個為value，我們傳的是uuid，很多童鞋可能不明白，有key作為鎖不就夠了嗎，為什麼還要用到value？原因就是我們在上面講到可靠性時，分佈式鎖要滿足第四個條件同源加解鎖，通過給value賦值為uuid，我們就知道這把鎖是哪個請求加的了，在解鎖的時候就可以有依據。uuid可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。

第三個為nxxx，這個參數我們填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即當key不存在時，我們進行set操作；若key已經存在，則不做任何操作；

第四個為expx，這個參數我們傳的是PX，意思是我們要給這個key加一個過期的設置，具體時間由第五個參數決定。

第五個為time，與第四個參數相呼應，代表key的過期時間。

總的來說，執行上面的set()方法就只會導致兩種結果：1. 當前沒有鎖（key不存在），那麼就進行加鎖操作，並對鎖設置個有效期，同時value表示加鎖的客戶端。2. 已有鎖存在，不做任何操作。

錯誤示例

示例1

比較常見的錯誤示例就是使用jedis.setnx()和jedis.expire()組合實現加鎖，代碼如下：

public static void wrongGetLock1(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {
 Long result = jedis.setnx(lockKey, requestId);
 if (result == 1) {
 // 若在這裡程序突然崩潰，則無法設置過期時間，將發生死鎖
 jedis.expire(lockKey, expireTime);
\t}
}

setnx()方法作用就是SET IF NOT EXIST，expire()方法就是給鎖加一個過期時間。乍一看好像和前面的set()方法結果一樣，然而由於這是兩條Redis命令，不具有原子性，如果程序在執行完setnx()之後突然崩潰，導致鎖沒有設置過期時間。那麼將會發生死鎖。網上之所以有人這樣實現，是因為低版本的jedis並不支持多參數的set()方法。

示例2

這一種錯誤示例就比較難以發現問題，而且實現也比較複雜。實現思路：使用jedis.setnx()命令實現加鎖，其中key是鎖，value是鎖的過期時間。執行過程：1. 通過setnx()方法嘗試加鎖，如果當前鎖不存在，返回加鎖成功。2. 如果鎖已經存在則獲取鎖的過期時間，和當前時間比較，如果鎖已經過期，則設置新的過期時間，返回加鎖成功。代碼如下：

public static boolean wrongGetLock2(Jedis jedis, String lockKey, int expireTime) {

 long expires = System.currentTimeMillis() + expireTime;
 String expiresStr = String.valueOf(expires);

 // 如果當前鎖不存在，返回加鎖成功
 if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {
 return true;
 }

 // 如果鎖存在，獲取鎖的過期時間
 String currentValueStr = jedis.get(lockKey);
 if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
 // 鎖已過期，獲取上一個鎖的過期時間，並設置現在鎖的過期時間
 String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
 if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
 // 考慮多線程併發的情況，只有一個線程的設置值和當前值相同，它才有權利加鎖
 return true;
 }
 }

 // 其他情況，一律返回加鎖失敗
 return false;

}

那麼這段代碼問題在哪裡？1. 由於是客戶端自己生成過期時間，所以需要強制要求分佈式下每個客戶端的時間必須同步。 2. 當鎖過期的時候，如果多個客戶端同時執行jedis.getSet()方法，那麼雖然最終只有一個客戶端可以加鎖，但是這個客戶端的鎖的過期時間可能被其他客戶端覆蓋。3. 鎖不具備擁有者標識，即任何客戶端都可以解鎖。

解鎖代碼

還是先展示代碼，再帶大家慢慢解釋為什麼這樣實現：

public class RedisTool {

 private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

 /**
 * 釋放分佈式鎖
 * @param jedis Redis客戶端
 * @param lockKey 鎖
 * @param requestId 請求標識
 * @return 是否釋放成功
 */
 public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

 String/> Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));

 if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
 return true;
 }
 return false;

 }

}

我們將Lua代碼傳到jedis.eval()方法裡，並使參數KEYS[1]賦值為lockKey，ARGV[1]賦值為requestId。eval()方法是將Lua代碼交給Redis服務端執行。

那麼這段Lua代碼的功能是什麼呢？其實很簡單，首先獲取鎖對應的value值，檢查是否與requestId相等，如果相等則刪除鎖（解鎖）。

那麼為什麼要使用Lua語言來實現呢？因為要確保上述操作是原子性的。

那為什麼執行eval()方法可以確保原子性，源於Redis的特性，下面是官網對eval命令的部分解釋：

簡單來說，就是在eval命令執行Lua代碼的時候，Lua代碼將被當成一個命令去執行，並且直到eval命令執行完成，Redis才會執行其他命令。

錯誤示例1

最常見的解鎖代碼就是直接使用jedis.del()方法刪除鎖，這種不先判斷鎖的擁有者而直接解鎖的方式，會導致任何客戶端都可以隨時進行解鎖，即使這把鎖不是它的。

public static void wrongReleaseLock1(Jedis jedis, String lockKey) {
 jedis.del(lockKey);
}

錯誤示例2

這種解鎖代碼乍一看也是沒問題，甚至我之前也差點這樣實現，與正確姿勢差不多，唯一區別的是分成兩條命令去執行，代碼如下：

public static void wrongReleaseLock2(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

 // 判斷加鎖與解鎖是不是同一個客戶端
 if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) {
 // 若在此時，這把鎖突然不是這個客戶端的，則會誤解鎖 

 jedis.del(lockKey);
 }

}

如代碼註釋，問題在於如果調用jedis.del()方法的時候，這把鎖已經不屬於當前客戶端的時候會解除他人加的鎖。那麼是否真的有這種場景？答案是肯定的，比如客戶端A加鎖，一段時間之後客戶端A解鎖，在執行jedis.del()之前，鎖突然過期了，此時客戶端B嘗試加鎖成功，然後客戶端A再執行del()方法，則將客戶端B的鎖給解除了。

Aimp 加鎖例子

多線程鎖使用

Java多線程併發主要用到鎖包括synchronized和lock

1. Synchronized的使用

² synchronized 方法：通過在方法聲明中加入 synchronized關鍵字來聲明 synchronized 方法。如：

public synchronized void accessVal(int newVal);

² synchronized 塊：通過 synchronized關鍵字來聲明synchronized 塊。語法如下：

synchronized(syncObject) {

//允許訪問控制的代碼

}

2. Lock的使用

與synchronized不同

1. Lock不是Java語言內置的，synchronized是Java語言的關鍵字，因此是內置特性。Lock是一個類，通過這個類可以實現同步訪問；
2. Lock和synchronized有一點非常大的不同，採用synchronized不需要用戶去手動釋放鎖，當synchronized方法或者synchronized代碼塊執行完之後，系統會自動讓線程釋放對鎖的佔用；而Lock則必須要用戶去手動釋放鎖，如果沒有主動釋放鎖，就有可能導致出現死鎖現象。
3. Lock可實現公平鎖，但synchronized只能是非公平鎖
4. 雖然lock和synchronized都為可重入鎖，但Lock是可中斷鎖，而synchronized不是
5. 類圖：

Lock接口定義：

ReadWriteLock定義

補充介紹：condition

1. Condition中的await()方法相當於Object的wait()方法，Condition中的signal()方法相當於Object的notify()方法，Condition中的signalAll()相當於Object的notifyAll()方法。不同的是，Object中的這些方法是和同步鎖捆綁使用的；而Condition是需要與互斥鎖/共享鎖捆綁使用的。
2. Condition它更強大的地方在於：能夠更加精細的控制多線程的休眠與喚醒。對於同一個鎖，我們可以創建多個Condition，在不同的情況下使用不同的Condition。
3. 例如，假如多線程讀/寫同一個緩衝區：當向緩衝區中寫入數據之後，喚醒"讀線程"；當從緩衝區讀出數據之後，喚醒"寫線程"；並且當緩衝區滿的時候，"寫線程"需要等待；當緩衝區為空時，"讀線程"需要等待。
4. 如果採用Object類中的wait(), notify(), notifyAll()實現該緩衝區，當向緩衝區寫入數據之後需要喚醒"讀線程"時，不可能通過notify()或notifyAll()明確的指定喚醒"讀線程"，而只能通過notifyAll喚醒所有線程(但是notifyAll無法區分喚醒的線程是讀線程，還是寫線程)。 但是，通過Condition，就能明確的指定喚醒讀線程。