20、并发编程中的锁与数据结构同步技术

并发编程中的锁与数据结构同步技术

1. 锁与信号量机制

在并发编程中，锁和信号量是实现线程同步的重要工具。

1.1 锁机制

锁机制用于实现互斥访问，确保同一时间只有一个线程能进入临界区。以一个可重入锁的实现为例，其内部有一个锁字段，通过 lock() 和 unlock() 方法来控制线程的访问。
- lock() 方法 ：首先获取内部锁，如果当前线程已经是锁的持有者，则增加持有计数并返回；否则，如果持有计数不为零，说明锁被其他线程持有，调用者释放锁并等待条件信号。当调用者被唤醒后，仍需检查持有计数是否为零，若为零则将自己设为锁的持有者并将持有计数设为 1。
- unlock() 方法 ：获取内部锁，如果锁是空闲的或者调用者不是锁的持有者，则抛出异常；否则，减少持有计数。若持有计数为零，则锁变为空闲状态，调用者发出条件信号以唤醒等待的线程。

1.2 信号量机制

信号量是互斥锁的一种扩展，每个信号量有一个容量 c ，它允许最多 c 个线程同时进入临界区。信号量本质上是一个计数器，记录已被允许进入临界区的线程数量。
以下是一个信号量的 Java 实现代码：

public class Semaphore {
    final int capacity;
    int state;