Java 多線程同步問題探究（三、上）：認識 ReentrantLock 重入鎖

synchronized 的限制

1. 無法中斷正在等待獲得鎖的線程，也無法透過投票獲得鎖
2. 鎖獲取/釋放在相同堆棧幀，大多數情況無問題，但確有更適合非塊結構鎖定的情況

java.util.concurrent.locks.Lock 框架是鎖定的抽象，允許用 Java 類實現鎖定而非語言特性，為多種實現留下空間（不同調度算法、性能特性、鎖定語義）。

ReentrantLock 介紹

可重入互斥鎖，與 synchronized 隱式監視器鎖有相同基本行為和語義，但功能更強大。擁有獲取計數器：擁有鎖的線程再次獲得鎖則計數器+1，需釋放兩次才真正釋放。模仿 synchronized 語義：線程進入已擁有監視器保護的同步塊允許繼續，退出第二個同步塊不釋放鎖，退出第一個才釋放。

實現 Lock 介面，擁有相同並發性和記憶體語義，新增鎖投票、定時鎖等待、可中斷鎖等待特性。激烈爭用下提供更佳性能（JVM 芃更少時間調度線程，更多時間執行線程）。

程式碼對比：synchronized vs ReentrantLock

使用 synchronized（兩段同步塊用同一物件鎖）

每線程執行 10 秒，徹底完成兩同步塊動作才釋放鎖，3 線程共 30 秒。

使用 synchronized（兩段同步塊用不同物件鎖）

線程釋放第一鎖後第二線程可進入第一塊，第一線程繼續執行第二塊。有 10 秒雙線程並行，總時間 21 秒（節省 1/3）。優化公式：(n+1)/2n，n 為線程數；m 個同步塊時：((m-1)n+1)/mn。理想情況下 m,n→∞ 效率提升近 100%。

使用 ReentrantLock

ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock(false);
ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock(false);
// ...
lock1.lock();
try {
  // 關鍵區域 1
} finally {
  lock1.unlock();
}
lock2.lock();
try {
  // 關鍵區域 2
} finally {
  lock2.unlock();
}

結果與不同物件鎖的 synchronized 相同。優點：

1. 鎖獲取/釋放時機由程式碼控制，可定制性更好
2. 免去為同步塊尋找合適物件鎖的考量
3. 最佳實踐：try/finally 結合，lock() 在 try 前，unlock() 在 finally 中

建構子參數 false 的含義？

傳遞 false 表示非公平鎖。傳遞 true 則為公平鎖，詳見下節「Fair or Unfair? It is a question...」。