Java并发编程中的锁与同步方式进阶

# 1. Java并发编程基础回顾

## 1.1 Java并发编程概述
在当今软件开发领域，多核处理器已经成为常态，因此并发编程变得至关重要。Java作为一种广泛应用于企业级开发的编程语言，提供了丰富的并发编程工具和API，使得开发人员可以轻松地实现多线程并发编程，提高系统性能和资源利用率。

## 1.2 线程的基本概念与创建
在Java中，线程是执行代码的最小单元，通过继承Thread类或实现Runnable接口可以创建线程。下面是一个简单的线程创建示例：

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread is running...");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
    }
}

## 1.3 同步与互斥的概念
在多线程环境下，当多个线程访问共享资源时，会出现数据不一致性的问题，为了避免这种情况，需要使用同步机制保证多线程访问共享资源时的安全性。常见的同步机制包括 synchronized关键字、Lock接口等。

## 1.4 Java中的synchronized关键字
synchronized关键字可以保证在多线程环境下对共享资源的互斥访问，避免出现并发问题。下面是一个简单的synchronized使用示例：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println("Count: " + example.count);
    }
}

在以上代码中，通过synchronized关键字确保了对count变量的原子性操作，避免了多线程环境下的竞争条件。

# 2. Lock接口与ReentrantLock类

Java中的`synchronized`关键字提供了一种简单的线程同步机制，但是它的灵活性有限，无法满足一些复杂的线程同步需求。为了更灵活地进行线程同步，Java提供了`Lock`接口及其实现类`ReentrantLock`。

### 2.1 Lock接口的介绍与使用

`Lock`接口提供了比使用`synchronized`关键字更广泛的锁定操作，它定义了锁的基本操作方法，如`lock()`、`tryLock()`、`lockInterruptibly()`等。通过`Lock`接口，我们可以创建更复杂的同步结构。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockExample {
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void performTask() {
        lock.lock();
        try {
            // 执行需要同步的代码块
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockExample example = new LockExample();
        example.performTask();
    }
}

**总结：** `Lock`接口提供了比`synchronized`更灵活和功能更强大的线程同步机制，能够满足更复杂的同步需求。

### 2.2 ReentrantLock类的详细功能与特性

`ReentrantLock`是`Lock`接口的一个实现类，它具有可重入性，即同一个线程可以多次获得同一把锁。除此之外，`ReentrantLock`还提供了更多高级功能，如可轮询的锁请求、公平锁、超时锁等。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void performTask() {
        lock.lock();
        try {
            // 执行需要同步的代码块
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLockExample example = new ReentrantLockExample();
        example.performTask();
    }
}

**总结：** `ReentrantLock`是`Lock`接口的实现类，具有可重入性和更多高级特性，适用于复杂的线程同步场景。

# 3. Condition与AQS

在Java并发编程中，除了基本的锁和同步机制外，还存在Condition与AQS（AbstractQueuedSynchronizer）这两个重要的概念。它们可以帮助我们更灵活地进行线程通信和控制，提升并发程序的效率和可维护性。

#### 3.1 Condition接口的作用与常用方法

Condition接口是在JDK 1.5中引入的，它通常与Lock（如ReentrantLock）配合使用，可以代替传统的使用Object的wait()和notify()来进行线程等待和通知。Condition提供了await()、signal()和signalAll()等方法，用于控制线程的等待和唤醒。

下面是一个简单的示例代码，演示了如何使用Condition进行线程间通信：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionExample {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    private boolean flag = false;

    public void waitForFlag() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (!flag) {
                condition.await();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        System.out.println("Flag is now true. Proceed with the task.");