Java锁机制详解：释放与建立的原理及happens before关系

在Java编程语言中，锁是实现线程同步和避免并发问题的关键机制。理解Java锁的释放与建立对于编写正确且高效的多线程应用程序至关重要。本知识点将详细解析Java锁的机制，包括锁的获取、锁的释放以及锁的建立，还会涉及到“happens-before”关系，这是并发编程中非常重要的一个概念。 **Java锁的类型** Java锁主要可以分为两种类型：内置锁（也称为监视器锁）和显式锁（如ReentrantLock）。 1. **内置锁（synchronized）** 内置锁是Java语言提供的最基本的线程同步机制。每个Java对象都可以作为一个同步锁，称为内置锁或监视器锁。当一个线程进入同步块时，它会自动获取该对象的内置锁，其他线程则无法进入同一个对象的同步块，直到该锁被释放。 2. **显式锁（ReentrantLock）** 显式锁是Java 5.0引入的java.util.concurrent.locks包中的一个类。与内置锁不同，显式锁提供了更多的功能，例如尝试非阻塞地获取锁、可中断的锁获取操作和超时设置等。ReentrantLock是一种独占锁，它实现了Lock接口。 **锁的获取** 在Java中，当一个线程尝试进入一个由内置锁保护的代码块时，它会进行如下操作： 1. 检查对象锁的状态，确定该锁是否可用。 2. 如果锁可用，线程会获取该锁，并标记锁为已被占用状态。 3. 如果锁不可用，线程将进入等待状态，直到锁变为可用。 使用ReentrantLock时，线程必须显式调用lock()方法来获取锁。如果锁已被其他线程持有，lock()方法会使当前线程等待直到锁被释放。 **锁的释放** 锁的释放是释放对象锁的过程，允许其他线程来获取锁。对于内置锁和ReentrantLock，它们的释放过程如下： 1. 内置锁在同步块执行完毕后自动释放，无论是正常结束还是抛出异常。 2. ReentrantLock需要线程在适当的时候调用unlock()方法来释放锁。 锁释放时，必须确保线程拥有该锁，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。 **锁的建立** 锁的建立通常是指初始化一个锁，确定其属性和状态。对于内置锁，锁是自动建立的，当我们定义同步块时，Java虚拟机会自动为该对象建立一个内置锁。 对于ReentrantLock，锁的建立是通过创建ReentrantLock实例来完成的。构造函数可以接受一个公平参数，决定是按照请求顺序获取锁还是由JVM任意决定获取锁的顺序。 **“happens-before”关系** 在并发编程中，“happens-before”是一个非常重要的原则，用于定义内存操作的可见性。如果一个操作A在另一个操作B之前发生，那么在B操作中就可以看到A操作的结果。 Java内存模型定义了几个“happens-before”的规则，例如： 1. 锁的释放规则：解锁（unlock）操作happens-before随后的对同一锁的加锁（lock）操作。 2. volatile变量规则：写入一个volatile变量后，任何后续对这个volatile变量的读取都将看到这个写入操作的结果。 在Java中，理解锁的释放与建立以及“happens-before”关系对于正确地使用锁机制是必不可少的。这些规则和原则有助于我们在多线程环境中确保数据的一致性和可见性。Java的锁机制和并发控制提供了强大的工具来帮助开发者编写能够充分利用多核处理器性能的软件，但同时也带来了复杂的挑战，特别是在保证线程安全和性能之间找到平衡点。