Java重量级锁的实现流程

引言

在多线程编程中，为了保证数据的一致性和避免竞态条件，我们经常需要使用锁来控制并发访问。Java提供了多种锁机制，其中重量级锁是一种较为底层的锁实现方式。本文将介绍如何实现Java重量级锁，并详细说明每一步需要做什么以及需要使用的代码。

实现流程

下面是实现Java重量级锁的流程图，我们将按照这个流程逐步展开。

gantt
    dateFormat  YYYY-MM-DD
    title Java重量级锁的实现流程
    
    section 初始化
    初始化锁实例          :2022-10-01, 1d
    
    section 锁竞争
    获取锁             :after 初始化锁实例, 1d
    如果获取锁成功         :after 获取锁, 1d
    执行临界区代码        :after 如果获取锁成功, 1d
    释放锁             :after 执行临界区代码, 1d
    否则进入等待队列       :after 获取锁, 1d
    
    section 等待队列
    从等待队列中获取下一个等待线程 :after 否则进入等待队列, 1d
    唤醒等待线程         :after 从等待队列中获取下一个等待线程, 1d
    
    section 阻塞
    等待线程被唤醒        :after 唤醒等待线程, 1d
    获取锁             :after 等待线程被唤醒, 1d
    如果获取锁成功         :after 获取锁, 1d
    执行临界区代码        :after 如果获取锁成功, 1d
    释放锁             :after 执行临界区代码, 1d

详细步骤及代码实现

1. 初始化锁实例

首先，我们需要创建一个锁实例。Java提供了synchronized关键字来实现重量级锁，我们可以在代码中用synchronized修饰需要保护的临界区。在初始化锁实例时，我们可以使用任意对象作为锁，通常使用一个独立的对象作为锁对象。

// 初始化锁实例
Object lock = new Object();

2. 获取锁

当一个线程想要进入临界区执行代码时，需要先获取锁。如果锁未被其他线程占用，获取锁的线程将继续执行临界区代码。

// 获取锁
synchronized (lock) {
    // 执行临界区代码
}

3. 释放锁

执行完临界区代码后，线程需要释放锁，以便其他线程可以获取锁并执行自己的临界区代码。

// 释放锁
synchronized (lock) {
    // 执行临界区代码
}

// 锁会在代码块结束时自动释放

4. 进入等待队列

如果在获取锁时发现锁已经被其他线程占用，获取锁的线程将进入等待队列等待锁的释放。

// 获取锁
synchronized (lock) {
    // 如果获取锁成功，执行临界区代码
    // 否则进入等待队列
}

5. 唤醒等待线程

当持有锁的线程释放锁时，需要从等待队列中选择一个等待线程唤醒，并让它重新尝试获取锁。

// 唤醒等待线程
synchronized (lock) {
    lock.notify(); // 唤醒一个等待线程
    // 或者使用 lock.notifyAll() 唤醒所有等待线程
}

6. 等待线程被唤醒

等待线程被唤醒后，它会重新尝试获取锁。