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Lock 的简介及使用
Lock是java 1.5中引入的线程同步工具，它主要用于多线程下共享资源的控制。本质上Lock仅仅是一个接口（位于源码包中的java\util\concurrent\locks中），它包含以下方法:
//尝试获取锁，获取成功则返回，否则阻塞当前线程
void lock();
//尝试获取锁，线程在成功获取锁之前被中断，则放弃获取锁，抛出异常
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
//尝试获取锁，获取锁成功则返回true，否则返回false
boolean tryLock();
//尝试获取锁，若在规定时间内获取到锁，则返回true，否则返回false，未获取锁之前被中断，则抛出异常
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
//释放锁
void unlock();
//返回当前锁的条件变量，通过条件变量可以实现类似notify和wait的功能，一个锁可以有多个条件变量
Condition newCondition();
Lock有三个实现类，一个是ReentrantLock,另两个是ReentrantReadWriteLock类中的两个静态内部类ReadLock和WriteLock。
使用方法：多线程下访问（互斥）共享资源时， 访问前加锁，访问结束以后解锁，解锁的操作推荐放入finally块中。
Lock l = ...; //根据不同的实现Lock接口类的构造函数得到一个锁对象
l.lock(); //获取锁位于try块的外面
try {
// access the resource protected by this lock
} finally {
l.unlock();
}
注意：加锁位于对资源访问的try块的外部，特别是使用lockInterruptibly方法加锁时就必须要这样做，这为了防止线程在获取锁时被中断，这时就不必（也不能）释放锁。
try {
l.lockInterruptibly();//获取锁失败时不会执行finally块中的unlock语句
try{
// access the resource protected by this lock
}finally{
l.unlock();
}
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
实现Lock接口的基本思想
需要实现锁的功能，两个必备元素:
- 一个是表示（锁）状态的变量（我们假设0表示没有线程获取锁，1表示已有线程占有锁）,该变量必须声明为voaltile类型;
- 另一个是队列，队列中的节点表示因未能获取锁而阻塞的线程。
为了解决多核处理器下多线程缓存不一致的问题，表示状态的变量必须声明为voaltile类型，并且对表示状态的变量和队列的某些操作要保证原子性和可见性。原子性和可见性的操作主要通过Atomic包中的方法实现。
线程获取锁的大致过程
- 读取表示锁状态的变量
- 如果表示状态的变量的值为0，那么当前线程尝试将变量值设置为1（通过CAS操作完成），当多个线程同时将表示状态的变量值由0设置成1时，仅一个线程能成功，其它线程都会失败:
若成功，表示获取了锁:
- 如果该线程（或者说节点）已位于在队列中，则将其出列（并将下一个节点则变成了队列的头节点）
- 如果该线程未入列，则不用对队列进行维护 然后当前线程从lock方法中返回，对共享资源进行访问。
若失败，则当前线程将自身放入等待（锁的）队列中并阻塞自身，此时线程一直被阻塞在lock方法中，没有从该方法中返回（被唤醒后仍然在lock方法中，并从下一条语句继续执行，这里又会回到第1步重新开始）。
- 如果表示状态的变量的值为1，那么将当前线程放入等待队列中，然后将自身阻塞（被唤醒后仍然在lock方法中，并从下一条语句继续执行，这里又会回到第1步重新开始）
注意: 唤醒并不表示线程能立刻运行，而是表示线程处于就绪状态，仅仅是可以运行而已
线程释放锁的大致过程
-
释放锁的线程将状态变量的值从1设置为0，并唤醒等待（锁）队列中的队首节点，释放锁的线程从就从unlock方法中返回，继续执行线程后面的代码
-
被唤醒的线程（队列中的队首节点）和可能和未进入队列并且准备获取的线程竞争获取锁，重复获取锁的过程
注意：可能有多个线程同时竞争去获取锁，但是一次只能有一个线程去释放锁，队列中的节点都需要它的前一个节点将其唤醒，例如有队列A<-B-
公平锁和非公平锁
锁可以分为公平锁和不公平锁，重入锁和非重入锁（关于重入锁的介绍会在ReentrantLock源代码分析中介绍），以上过程实际上是非公平锁的获取和释放过程。 公平锁严格按照先来后到的顺去获取锁，而非公平锁允许插队获取锁。
公平锁获取锁的过程上有些不同，在使用公平锁时，某线程想要获取锁，不仅需要判断当前表示状态的变量的值是否为0，还要判断队列里是否还有其他线程，若队列中还有线程则说明当前线程需要排队，进行入列操作，并将自身阻塞；若队列为空，才能尝试去获取锁。而对于非公平锁，当表示状态的变量的值是为0，就可以尝试获取锁，不必理会队列是否为空，这样就实现了插队获取锁的特点。通常来说非公平锁的吞吐率比公平锁要高，我们一般常用非公平锁。
这里需要解释一点，什么情况下才会出现，表示锁的状态的变量的值是为0而且队列中仍有其它线程等待获取锁的情况。
假设有三个线程A、B、C。A线程为正在运行的线程并持有锁，队列中有一个C线程，位于队首。现在A线程要释放锁，具体执行的过程操作可分为两步：
- 将表示锁状态的变量值由1变为0，
- C线程被唤醒，这里要明确两点： （1）C线程被唤醒并不代表C线程开始执行，C线程此时是处于就绪状态，要等待操作系统的调度 （2）C线程目前还并未出列，C线程要进入运行状态，并且通过竞争获取到锁以后才会出列。
如果C线程此时还没有进入运行态，同时未在队列中的B线程进行获取锁的操作，B就会发现虽然当前没有线程持有锁，但是队列不为空（C线程仍然位于队列中），要满足先来后到的特点（B在C之后执行获取锁的操作），B线程就不能去尝试获取锁，而是进行入列操作。
实现Condition接口的基本思想
Condition 本质是一个接口，它包含如下方法:
// 让线程进入等通知待状态
void await() throws InterruptedException;
void awaitUninterruptibly();
//让线程进入等待通知状态，超时结束等待状态，并抛出异常
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
//将条件队列中的一个线程，从等待通知状态转换为等待锁状态
void signal();
//将条件队列中的所有线程，从等待通知阻塞状态转换为等待锁阻塞状态
void signalAll();
- 一个Condition实例的内部实际上维护了一个队列，队列中的节点表示由于（某些条件不满足而）线程自身调用await方法阻塞的线程
- 队列中的节点表示由于（某些条件不满足而）线程自身调用await方法阻塞的线程。Condition接口中有两个重要的方法，即 await方法和 signal方法
- 线程调用这个方法之前该线程必须已经获取了Condition实例所依附的锁.这样的原因有两个:（1）对于await方法，它内部会执行释放锁的操作，所以使用前必须获取锁。（2）对于signal方法，是为了避免多个线程同时调用同一个Condition实例的singal方法时引起的（队列）出列竞争。
await方法
- 入列到条件队列（注意这里不是等待锁的队列）
- 释放锁
- 阻塞自身线程
- (被唤醒后执行)尝试去获取锁（执行到这里时线程已不在条件队列中，而是位于等待（锁的）队列中，参见signal方法）
- 成功，从await方法中返回，执行线程后面的代码;失败，阻塞自己（等待前一个节点释放锁时将它唤醒）
注意：await方法时自身线程调用的，线程在await方法中阻塞，并没有从await方法中返回，当唤醒后继续执行await方法中后面的代码（也就是获取锁的代码）。可以看出await方法释放了锁，又尝试获得锁。当获取锁不成功的时候当前线程仍然会阻塞到await方法中，等待前一个节点释放锁后再将其唤醒。
signal方法
- 将条件队列的队首节点取出，放入等待锁队列的队尾
- 唤醒该节点对应的线程
注意：signal是由其它线程调用
Lock和Condition的使用例程
public class ConditionDemo {
volatile int key = 0;
Lock l = new ReentrantLock();
Condition c = l.newCondition();
public static void main(String[] args){
ConditionDemo demo = new ConditionDemo();
new Thread(demo.new A()).start();
new Thread(demo.new B()).start();
}
class A implements Runnable{
@Override
public void run() {
int i = 10;
while(i > 0){
l.lock();
try{
if(key == 1){
System.out.println("A is Running");
System.out.println("A is Running");
i--;
key = 0;
c.signal();
}else{
c.awaitUninterruptibly();
}
}
finally{
l.unlock();
}
}
}
}
class B implements Runnable{
@Override
public void run() {
int i = 10;
while(i > 0){
l.lock();
try{
if(key == 0){
System.out.println("B is Running");
i--;
key = 1;
c.signal();
}else{
c.awaitUninterruptibly();
}
}
finally{
l.unlock();
}
}
}
}
}
Lock与synchronized的区别
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Lock的加锁和解锁都是由java代码配合native方法（调用操作系统的相关方法）实现的，而synchronize的加锁和解锁的过程是由JVM管理的
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当一个线程使用synchronize获取锁时，若锁被其他线程占用着，那么当前只能被阻塞，直到成功获取锁。而Lock则提供超时锁和可中断等更加灵活的方式，在未能获取锁的 条件下提供一种退出的机制。
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一个锁内部可以有多个Condition实例，即有多路条件队列，而synchronize只有一路条件队列；同样Condition也提供灵活的阻塞方式，在未获得通知之前可以通过中断线程以 及设置等待时限等方式退出条件队列。
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synchronize对线程的同步仅提供独占模式，而Lock即可以提供独占模式，也可以提供共享模式