什么是锁，锁有哪些

锁是java并发编程中最重要的同步机制。它可使临界区互斥执行，部分锁可以通过一定的手段进行消息通讯。

Java中有哪些锁？

分布式锁实现

分布式锁常用实现有1. 数据库乐观锁；2. 基于Redis的分布式锁；3. 基于ZooKeeper的分布式锁，此章节着重介绍数据库乐观锁和基于redis的分布式锁的实现。

乐观锁、悲观锁

乐观锁：总是认为不会产生并发问题，每次去取数据的时候总认为不会有其他线程对数据进行修改，因此不会上锁，但是在更新时会判断其他线程在这之前有没有对数据进行修改，一般会使用版本号机制或CAS操作实现。

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次取数据时都认为其他线程会修改，所以都会加锁（读锁、写锁、行锁等），当其他线程想要访问数据时，都需要阻塞挂起。可以依靠数据库实现，如行锁、读锁和写锁等，都是在操作之前加锁，在Java中，synchronized的思想也是悲观锁。

数据库乐观锁主要是运用version的方式，一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

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

基于redis的分布式锁

锁设计原则：

1. 互斥性：在任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
2. 无死锁：即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁。
3. 容错性：只要大部分的Redis节点正常运行，客户端就可以加锁和解锁。
4. 同源加解锁 ：加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了

实现：

使用setnx加锁

jedis方法jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)，这个set()方法一共有五个形参：

第一个为key，我们使用key来当锁，因为key是唯一的。

第二个为value，我们传的是uuid，很多童鞋可能不明白，有key作为锁不就够了吗，为什么还要用到value？原因就是我们在上面讲到可靠性时，分布式锁要满足第四个条件同源加解锁，通过给value赋值为uuid，我们就知道这把锁是哪个请求加的了，在解锁的时候就可以有依据。uuid可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。

第三个为nxxx，这个参数我们填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即当key不存在时，我们进行set操作；若key已经存在，则不做任何操作；

第四个为expx，这个参数我们传的是PX，意思是我们要给这个key加一个过期的设置，具体时间由第五个参数决定。

第五个为time，与第四个参数相呼应，代表key的过期时间。

总的来说，执行上面的set()方法就只会导致两种结果：1. 当前没有锁（key不存在），那么就进行加锁操作，并对锁设置个有效期，同时value表示加锁的客户端。2. 已有锁存在，不做任何操作。

错误示例

示例1

比较常见的错误示例就是使用jedis.setnx()和jedis.expire()组合实现加锁，代码如下：

public static void wrongGetLock1(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {
 Long result = jedis.setnx(lockKey, requestId);
 if (result == 1) {
 // 若在这里程序突然崩溃，则无法设置过期时间，将发生死锁
 jedis.expire(lockKey, expireTime);
	}
}

setnx()方法作用就是SET IF NOT EXIST，expire()方法就是给锁加一个过期时间。乍一看好像和前面的set()方法结果一样，然而由于这是两条Redis命令，不具有原子性，如果程序在执行完setnx()之后突然崩溃，导致锁没有设置过期时间。那么将会发生死锁。网上之所以有人这样实现，是因为低版本的jedis并不支持多参数的set()方法。

示例2

这一种错误示例就比较难以发现问题，而且实现也比较复杂。实现思路：使用jedis.setnx()命令实现加锁，其中key是锁，value是锁的过期时间。执行过程：1. 通过setnx()方法尝试加锁，如果当前锁不存在，返回加锁成功。2. 如果锁已经存在则获取锁的过期时间，和当前时间比较，如果锁已经过期，则设置新的过期时间，返回加锁成功。代码如下：

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

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

 // 如果当前锁不存在，返回加锁成功
 if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {
 return true;
 }

 // 如果锁存在，获取锁的过期时间
 String currentValueStr = jedis.get(lockKey);
 if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
 // 锁已过期，获取上一个锁的过期时间，并设置现在锁的过期时间
 String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
 if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
 // 考虑多线程并发的情况，只有一个线程的设置值和当前值相同，它才有权利加锁
 return true;
 }
 }

 // 其他情况，一律返回加锁失败
 return false;

}

那么这段代码问题在哪里？1. 由于是客户端自己生成过期时间，所以需要强制要求分布式下每个客户端的时间必须同步。 2. 当锁过期的时候，如果多个客户端同时执行jedis.getSet()方法，那么虽然最终只有一个客户端可以加锁，但是这个客户端的锁的过期时间可能被其他客户端覆盖。3. 锁不具备拥有者标识，即任何客户端都可以解锁。

解锁代码

还是先展示代码，再带大家慢慢解释为什么这样实现：

public class RedisTool {

 private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

 /**
 * 释放分布式锁
 * @param jedis Redis客户端
 * @param lockKey 锁
 * @param requestId 请求标识
 * @return 是否释放成功
 */
 public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

 String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
 Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));

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

 }

}

我们将Lua代码传到jedis.eval()方法里，并使参数KEYS[1]赋值为lockKey，ARGV[1]赋值为requestId。eval()方法是将Lua代码交给Redis服务端执行。

那么这段Lua代码的功能是什么呢？其实很简单，首先获取锁对应的value值，检查是否与requestId相等，如果相等则删除锁（解锁）。

那么为什么要使用Lua语言来实现呢？因为要确保上述操作是原子性的。

那为什么执行eval()方法可以确保原子性，源于Redis的特性，下面是官网对eval命令的部分解释：

简单来说，就是在eval命令执行Lua代码的时候，Lua代码将被当成一个命令去执行，并且直到eval命令执行完成，Redis才会执行其他命令。

错误示例1

最常见的解锁代码就是直接使用jedis.del()方法删除锁，这种不先判断锁的拥有者而直接解锁的方式，会导致任何客户端都可以随时进行解锁，即使这把锁不是它的。

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

错误示例2

这种解锁代码乍一看也是没问题，甚至我之前也差点这样实现，与正确姿势差不多，唯一区别的是分成两条命令去执行，代码如下：

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

 // 判断加锁与解锁是不是同一个客户端
 if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) {
 // 若在此时，这把锁突然不是这个客户端的，则会误解锁
 jedis.del(lockKey);
 }

}

如代码注释，问题在于如果调用jedis.del()方法的时候，这把锁已经不属于当前客户端的时候会解除他人加的锁。那么是否真的有这种场景？答案是肯定的，比如客户端A加锁，一段时间之后客户端A解锁，在执行jedis.del()之前，锁突然过期了，此时客户端B尝试加锁成功，然后客户端A再执行del()方法，则将客户端B的锁给解除了。

Aimp 加锁例子

多线程锁使用

Java多线程并发主要用到锁包括synchronized和lock

1. Synchronized的使用

^2 synchronized 方法：通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如：

public synchronized void accessVal(int newVal);

^2 synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下：

synchronized(syncObject) {

//允许访问控制的代码

}

2. Lock的使用

与synchronized不同

1. Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
2. Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。
3. Lock可实现公平锁，但synchronized只能是非公平锁
4. 虽然lock和synchronized都为可重入锁，但Lock是可中断锁，而synchronized不是
5. 类图：

Lock接口定义：

ReadWriteLock定义

补充介绍：condition

1. Condition中的await()方法相当于Object的wait()方法，Condition中的signal()方法相当于Object的notify()方法，Condition中的signalAll()相当于Object的notifyAll()方法。不同的是，Object中的这些方法是和同步锁捆绑使用的；而Condition是需要与互斥锁/共享锁捆绑使用的。
2. Condition它更强大的地方在于：能够更加精细的控制多线程的休眠与唤醒。对于同一个锁，我们可以创建多个Condition，在不同的情况下使用不同的Condition。
3. 例如，假如多线程读/写同一个缓冲区：当向缓冲区中写入数据之后，唤醒"读线程"；当从缓冲区读出数据之后，唤醒"写线程"；并且当缓冲区满的时候，"写线程"需要等待；当缓冲区为空时，"读线程"需要等待。
4. 如果采用Object类中的wait(), notify(), notifyAll()实现该缓冲区，当向缓冲区写入数据之后需要唤醒"读线程"时，不可能通过notify()或notifyAll()明确的指定唤醒"读线程"，而只能通过notifyAll唤醒所有线程(但是notifyAll无法区分唤醒的线程是读线程，还是写线程)。 但是，通过Condition，就能明确的指定唤醒读线程。