我們知道，并發領域中有兩大核心問題：互斥與同步問題，Java在1.5版本之前，是提供了synchronized來實現的。synchronized是內置鎖，雖然在大部分情況下它都能很好的工作，但是依然還是會存在一些局限性，除了當時1.5版本的性能問題外（1.6版本后，synchronized的性能已經得到了很大的優化），還有如下兩個問題：

1. 無法解決死鎖問題
2. 最多使用一個條件變量

所以針對這些問題，Doug Lea在并發包中增加了兩個接口Lock和Condition來解決這兩個問題，所以今天就說說這兩個接口是如何解決synchronized中的這兩個問題的。

一. Lock接口

1.1 介紹

在我們分析Lock接口是如何解決死鎖問題之前，我們先看看死鎖是如何產生的。死鎖的產生需要滿足下面四個條件：

1. 互斥 ：共享資源同一時間只能被一個線程占用
2. 不可搶占 ：其他線程不能強行占有另一個線程的資源
3. 占有且等待 ：線程在等待其他資源時，不釋放自己已占有的資源
4. 循環等待 ：線程1和線程2互相占有對方的資源并相互等待

所以，我們只需要破壞上面條件中的任意一個，即可打破死鎖。但需要注意的是，互斥條件是不能破壞的，因為使用鎖的目的就是為了互斥。所以Lock接口通過破壞掉 "不可搶占"這個條件來解決死鎖，具體如下：

1. 非阻塞獲取鎖 ：嘗試獲取鎖，如果失敗了就立刻返回失敗，這樣就可以釋放已經持有的其他鎖
2. 響應中斷 ：如果發生死鎖后，此線程被其他線程中斷，則會釋放鎖，解除死鎖
3. 支持超時 ：一段時間內獲取不到鎖，就返回失敗，這樣就可以釋放之前已經持有的鎖

接下來我們具體看看接口代碼吧。

1.2 源碼解讀

public interface Lock {
    /**
        阻塞獲取鎖，不響應中斷，如果獲取不到，則當前線程將進入休眠狀態，直到獲得鎖為止。
    */
    void lock();

    /**
        阻塞獲取鎖，響應中斷，如果出現以下兩種情況將拋出異常
        1.調用該方法時，此線程中斷標志位被設置為true
        2.獲取鎖的過程中此線程被中斷，并且獲取鎖的實現會響應中斷
    */
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
  
    /**
        非阻塞獲取鎖，不管成功還是失敗，都會立刻返回結果，成功了返回true,失敗了返回false
     */
    boolean tryLock();
 
    /**
      帶超時時間且響應中斷的獲取鎖，如果獲取鎖成功，則返回true,獲取不到則會休眠，直到下面三個條件滿足
      1.當前線程獲取到鎖
      2.其他線程中斷了當前線程，并且獲取鎖的實現支持中斷
      3.設置的超時事件到了
      而拋出異常的情況與lockInterruptibly一致
      當異常拋出后中斷標志位會被清除，且超時時間到了，當前線程還沒有獲得鎖，則會直接返回false
     */
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
   
    /**
        沒啥好說，只有擁有鎖的線程才能釋放鎖
     */
    void unlock();

    /**
        返回綁定到此Lock實例的新Condition實例。
        在等待該條件之前，該鎖必須由當前線程持有。調用Condition.await（）會在等待之前自動釋放鎖，并在等待返回之前重新獲取該鎖。
        我們再下一小節再詳細說說Condition接口
     */
    Condition newCondition();
}

還需要額外注意的一點，使用synchronized作為鎖時，我們是不需要考慮釋放鎖的，但Lock是屬于顯示鎖，是需要我們手動釋放鎖的。我們一般在finally塊中調用lock.unlock()手動釋放鎖，具體形式如下：

Lock l = ...;
  l.lock();
   try {
             // access the resource protected by this lock
  } finally {
    l.unlock();
  }

我們最后通過一張圖來總結下Lock接口：

二. Condition接口

2.1 介紹

針對synchronized最多只能使用一個條件變量的問題，Condition接口提供了解決方案。但是為什么多個條件變量就比一個條件變量好呢？我們先來看看synchronized使用一個條件變量時會有什么弊端。

一個synchronized內置鎖只對應一個等待容器（wait set），當線程調用wait方法時，會把當前線程放入到同一個等待容器中，當我們需要根據某些特定的條件來喚醒符合條件的線程時，我們只能先從等待容器里喚醒一個線程后，再看是否符合條件。如果不符合條件，則需要將此線程繼續wait，然后再去等待容器中獲取下一個線程再判斷是否滿足條件。這樣會導致許多無意義的cpu開銷。

我們可以看到Lock接口中有個newCondition()的方法:

Condition newCondition();

通過這個方法，一個鎖可以建立多個Conditiion，每個Condtition都有一個容器來保存相應的等待線程，拿到鎖的線程根據特定的條件喚醒對應的線程時，只需要去喚醒對應的Contition內置容器中的線程即可，這樣就可以減少無意義的CPU開銷。然后我們具體看看Condition接口的源碼。

2.2 源碼解讀

public interface Condition {

    /**
 使當前線程等待，并響應中斷。當當前線程進入休眠狀態后，如果發生以下四種情況將會被喚醒：
 1.其他一些線程對此條件調用signal方法，而當前線程恰好被選擇為要喚醒的線程；
 2.其他一些線程對此條件調用signalAll方法
 3.其他一些線程中斷當前線程，并支持中斷線程掛起
 4.發生“虛假喚醒”。
     */
    void await() throws InterruptedException;

    /**
 使當前線程等待，并不響應中斷。只有以下三種情況才會被喚醒
 1.其他一些線程對此條件調用signal方法，而當前線程恰好被選擇為要喚醒的線程；
 2.其他一些線程對此條件調用signalAll方法
 3.發生“虛假喚醒”。
     */
    void awaitUninterruptibly();

    /**
        使當前線程等待，響應中斷，且可以指定超時事件。發生以下五種情況之一將會被喚醒：
        1.其他一些線程為此條件調用signal方法，而當前線程恰好被選擇為要喚醒的線程；
        2.其他一些線程為此條件調用signalAll方法；
        3.其他一些線程中斷當前線程，并且支持中斷線程掛起；
        4.經過指定的等待時間；
        5.發生“虛假喚醒”。
     */
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;

    /**
 與awaitNanos類似，時間單位不同
     */
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    /**
 與awaitNanos類似，只不過超時時間是截止時間
     */
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;

    /**
 喚醒一個等待線程
     */
    void signal();

    /**
 喚醒所有等待線程
     */
    void signalAll();
}

需要注意的是，Object類的等待方法是沒有返回值的，但Condtition類中的部分等待方法是有返回值的。awaitNanos(long nanosTimeout)返回了剩余等待的時間；await(long time, TimeUnit unit)返回boolean值，如果返回false，則說明是因為超時返回的，否則返回true。為什么增加返回值？為了就是幫助我們弄清楚方法返回的原因。

四. 阿里多線程考題

最后我們通過實現了Lock和Condition接口能力的ReentrantLock類來解決阿里多線程面試題。

題目是使用三個線程循環打印ABC，一共打印50次。我們直接上答案：

public class Test {


    int count = 0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition conditionA = lock.newCondition();
    Condition conditionB = lock.newCondition();
    Condition conditionC = lock.newCondition();

    public void printA() {
        while (count < 50) {
            try {
                // 加鎖
                lock.lock();
                // 打印A
                System.out.println("A");
                count ++;
                // 喚醒打印B的線程
                conditionB.signal();
                // 將自己放入ConditionA的容器中，等待其他線程的喚醒
                conditionA.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                // 釋放鎖
                lock.unlock();
            }
        }


    }

    public void printB() {
        while (count < 50) {
            try {
                // 加鎖
                lock.lock();
                // 打印B
                System.out.println("B");
                count ++;
                // 喚醒打印C的線程
                conditionC.signal();
                // 將自己放入ConditionB的容器中，等待其他線程的喚醒
                conditionB.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                // 釋放鎖
                lock.unlock();
            }
        }
    }


    public void printC() {
        while (count < 50) {
            try {
                // 加鎖
                lock.lock();
                // 打印B
                System.out.println("C");
                count ++;
                // 喚醒打印A的線程
                conditionA.signal();
                // 將自己放入ConditionC的容器中，等待其他線程的喚醒
                conditionC.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        // 建立打印ABC的三個線程
        Thread theadA = new Thread(() - > {
            test.printA();
        });
        Thread theadB = new Thread(() - > {
            test.printB();
        });
        Thread theadC = new Thread(() - > {
            test.printC();
        });
    
        // 啟動線程
        theadA.start();
        theadB.start();
        theadC.start();

    }
}

五. 總結

Lock與Condition接口就說完了，最后再總結一下：

針對synchronized內置鎖無法解決死鎖、只有一個條件變量等問題，Doug Lea在Java并發包中增加了Lock和Condition接口來解決。對于死鎖問題，Lock接口增加了超時、響應中斷、非阻塞三種方式來獲取鎖，從而避免了死鎖。針對一個條件變量問題，Condtition接口通過一把鎖可以創建多個條件變量的方式來解決。