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Java自定义锁实现方法详解

2025-10-14 19:47:32 0浏览 收藏

本文深入探讨了Java中如何通过实现 `Lock` 接口并结合 `AbstractQueuedSynchronizer` (AQS) 来构建自定义锁。相较于 `synchronized` 关键字,`Lock` 接口提供了更强大的灵活性。文章重点介绍了基于 AQS 实现不可重入独占锁 `SimpleMutex` 的方法,通过重写 `tryAcquire` 和 `tryRelease` 方法来控制同步状态,并利用 AQS 提供的 `acquire` 和 `release` 方法完成加锁和释放操作。此外,文章还提供了扩展 `SimpleMutex` 的建议,例如支持可重入、实现公平锁以及添加条件变量等,帮助读者理解 AQS 在构建自定义锁中的核心作用,从而实现安全、高效的并发控制。最后,提醒开发者务必在 `finally` 块中释放锁,以避免死锁。

基于AQS可实现自定义锁,如SimpleMutex通过重写tryAcquire和tryRelease控制state状态,实现不可重入独占锁,配合acquire和release方法完成加锁释放,支持扩展可重入、公平性等特性。

如何在Java中使用Lock接口实现自定义锁

在Java中,Lock接口提供了比synchronized关键字更灵活的锁操作。通过实现Lock接口或使用其已有实现(如ReentrantLock),你可以构建自定义的锁逻辑。若想真正“自定义”一个锁,通常不是从零实现Lock接口所有方法,而是基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer)来控制状态和排队机制。下面介绍如何基于AQS实现一个简单的不可重入独占锁。

理解Lock与AQS的关系

Lock接口本身只是一个契约,真正的同步控制逻辑通常由内部的Sync类继承AQS来完成。AQS通过一个int类型的state变量管理同步状态,并提供 acquire 和 release 方法来实现获取和释放锁。

常见做法是:

  • 定义一个私有内部类继承 AQS
  • 重写 tryAcquire 和 tryRelease 方法
  • 在外部Lock类中调用AQS提供的acquire()和release()方法

实现一个简单的自定义锁

下面是一个不可重入的独占锁实现:

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

public class SimpleMutex implements Lock {

    // 静态内部类,继承AQS
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        // 尝试获取锁:当state为0时设为1,表示成功获取
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        // 尝试释放锁:将state设回0
        @Override
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        // 是否处于锁定状态
        protected boolean isLocked() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    public boolean tryLock(long timeout, java.util.concurrent.TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    public boolean isLocked() {
        return sync.isLocked();
    }

    public boolean isHeldByCurrentThread() {
        return sync.getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
    }
}

使用自定义锁

这个SimpleMutex可以像其他Lock一样使用:

SimpleMutex lock = new SimpleMutex();

lock.lock();
try {
    // 临界区
    System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 进入临界区");
} finally {
    lock.unlock();
}

注意必须在finally块中释放锁,避免死锁。

扩展功能建议

你可以在基础上添加以下特性:

  • 支持可重入:在tryAcquire中判断当前线程是否已持有锁,用state记录重入次数
  • 公平锁:在AQS构造函数中传入true,启用FIFO等待队列
  • 条件变量:实现newCondition()方法,返回 new ConditionObject()
  • 调试信息:重写toString()显示锁状态
基本上就这些。通过继承AQS并合理控制state状态,你可以实现各种行为的自定义锁,而无需直接操作底层线程调度。这种方式既安全又高效,是JUC包中大多数同步器的基础。

今天关于《Java自定义锁实现方法详解》的内容介绍就到此结束,如果有什么疑问或者建议,可以在golang学习网公众号下多多回复交流;文中若有不正之处,也希望回复留言以告知!

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