Java并发编程中的锁：从同步到ReentrantLock

在多线程的世界里，数据共享是一把双刃剑。如果没有妥善管理，共享的数据可能会导致程序行为的不可预测性，甚至出现致命的错误。而锁，正是我们用来保护这些共享资源的一道坚固防线。

Java提供了多种锁实现，其中最基础的是使用synchronized关键字，它就像一把无形的锁，能够确保在同一时刻只有一个线程能够访问被锁定的代码块或方法。然而，随着并发需求的复杂化，Java引入了更强大灵活的
java.util.concurrent.locks包，其中的ReentrantLock更是成为了锁机制中的明星。

让我们先来看看synchronized的基本用法。想象一下，你正在经营一家咖啡馆，顾客们都在等待服务员处理订单。如果你用synchronized来保护这个流程，那么当一位顾客下单时，其他顾客都必须排队等候。以下是一个简单的例子：

public class CoffeeShop {
    private int orderCount = 0;

    public synchronized void takeOrder(String customerName) {
        System.out.println(customerName + " is placing an order.");
        orderCount++;
        try {
            Thread.sleep(1000); // 模拟处理时间
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        System.out.println(customerName + " got their order. Total orders: " + orderCount);
    }
}

在这个例子中，无论有多少顾客试图同时下单，我们的synchronized锁都会确保每次只有一个顾客的订单被处理。

然而，有时候我们需要更精细的控制。比如，你想让某些线程在特定条件下等待，直到某个事件发生。这就是ReentrantLock大显身手的时候了。它提供了比synchronized更丰富的功能，比如手动释放锁、尝试获取锁以及为锁添加条件对象。

下面是一个使用ReentrantLock的例子，展示了如何等待特定条件：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class OrderSystem {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    private boolean orderPlaced = false;

    public void placeOrder() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (orderPlaced) {
                System.out.println("No room for new orders right now. Waiting...");
                condition.await();
            }
            System.out.println("Order placed successfully.");
            orderPlaced = true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void processOrder() {
        lock.lock();
        try {
            if (!orderPlaced) {
                System.out.println("No pending orders to process.");
                return;
            }
            System.out.println("Processing order...");
            orderPlaced = false;
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在这个例子中，placeOrder()方法会让线程等待，直到当前没有未处理的订单为止。当订单处理完成后，通过condition.signalAll()通知所有等待的线程继续执行。

虽然锁提供了强大的同步能力，但也伴随着一定的代价。过度使用锁可能导致性能瓶颈，尤其是在高并发环境下。因此，在设计并发程序时，我们需要仔细权衡锁的粒度，尽量减少不必要的锁定范围。

记住，锁不是万能药。正如一杯美味的咖啡需要恰到好处的烘焙一样，一个高效的并发程序也需要合理的锁策略。希望这篇文章能让你在Java并发编程的路上走得更远！