Java 多線程進階：Lock、Condition 與 ReadWriteLock 核心機制實戰

Lock 接口：比 synchronized 更強大的同步工具

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 臨界區
} finally {
    lock.unlock(); // 必須在 finally 釋放，防異常洩漏
}

優勢：可中斷鎖、公平/非公平選擇、嘗試獲取、超時獲取、多條件變數。

ReentrantLock 進階功能

Condition：精準的線程協作

Condition 由 Lock 建立（lock.newCondition()），一個 Lock 可建立多個 Condition，實現「精準喚醒」（vs notify() 隨機喚醒）。

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition notEmpty = lock.newCondition();
Condition notFull  = lock.newCondition();

// 生產者
lock.lock();
try {
    while (queue.size() == CAPACITY) notFull.await();
    queue.add(item);
    notEmpty.signal();
} finally { lock.unlock(); }

// 消費者
lock.lock();
try {
    while (queue.isEmpty()) notEmpty.await();
    Item item = queue.poll();
    notFull.signal();
    return item;
} finally { lock.unlock(); }

Condition 進階方法

• awaitUninterruptibly()：忽略中斷，不拋異常
• awaitUntil(Date deadline)：絕對時間超時喚醒
• awaitNanos(timeout)：奈秒級超時

ReadWriteLock：讀寫分離提升併發

ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = rwLock.readLock();
Lock writeLock = rwLock.writeLock();

// 讀操作：共享鎖，多線程並發讀
readLock.lock();
try { return data.get(key); } finally { readLock.unlock(); }

// 寫操作：排他鎖，獨佔
writeLock.lock();
try { data.put(key, value); } finally { writeLock.unlock(); }

鎖規則：讀讀共存、讀寫互斥、寫寫互斥。適合「讀多寫少」場景（如快取、配置表）。

實戰效能對比

• synchronized：JVM 優化後效能不錯，但功能單一
• ReentrantLock：高併發下吞吐略優，功能豐富
• ReadWriteLock：讀多寫少場景下大幅超越獨佔鎖

最佳實踐提醒

1. 永遠在 finally 中 unlock()
2. 避免在鎖內呼叫外部方法/耗時操作
3. 公平鎖吞吐較低，除非有「飢餓」問題否則用非公平
4. Condition 必須在持有鎖時調用 await/signal