Java 線程同步深度解析：ReentrantLock、Condition 與 synchronized 實戰對比

競爭條件

多線程同時修改共享資源時，若操作非原子性，會導致資料不一致。典型例子：銀行轉帳三步驟（讀餘額→扣款→寫回），中間被打斷會造成金額錯誤。

ReentrantLock 核心用法

基本加解鎖

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 臨界區程式碼
} finally {
    lock.unlock(); // 必須在 finally 中釋放
}

鐵律：unlock() 必須放在 finally，否則異常導致鎖永不釋放造成死鎖。

可重入性

同一線程可多次 lock()，內部計數器記錄次數，需對應次數 unlock()。遞迴或循環中使用安全。

Condition 物件：精確控制線程等待/喚醒

問題：鎖住自己

若在鎖內直接 if (a > b) a.set(b-1);，條件不滿足時線程持續持有鎖，其他線程無法進入修改 a、b，導致條件永不滿足——「自己鎖死自己」。

解決：await / signalAll

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition cd = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    while (!(a > b)) {
        cd.await(); // 釋放鎖並阻塞，等待喚醒
    }
    a.set(b - 1);
    cd.signalAll(); // 喚醒所有等待此 Condition 的線程
} finally {
    lock.unlock();
}

標準模式：while (條件不滿足) condition.await(); —— 喚醒後重新檢查，防止虛假喚醒。

死鎖風險

所有線程都在 await() 且無人 signalAll() → 死鎖。務必確保有線程會喚醒其他線程。

synchronized 關鍵字

語法簡化

// 等價於 ReentrantLock + Condition
public synchronized void function() {
    while (!(a > b)) wait(); // 釋放鎖並等待
    a.set(b - 1);
    notifyAll(); // 喚醒所有等待此物件鎖的線程
}

• 每個物件天然有一把內部鎖
• wait() ≈ await()，notifyAll() ≈ signalAll()
• 靜態 synchronized 鎖住 Class 物件

內部鎖限制

1. 無法中斷正在等待鎖的線程
2. 無法設定獲取鎖超時時間
3. 每把鎖只能有一個條件（無法像 Condition 建立多個）

選型建議

1. 優先使用 java.util.concurrent 高層工具（如 BlockingQueue、Semaphore）
2. synchronized 滿足需求時優先用（簡單、JVM 優化好）
3. 需要 ReentrantLock 進階功能（公平鎖、多條件、可中斷、超時）時再使用