synchronized与Lock的区别与使用

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引言:

昨天在学习别人分享的面试经验时,看到Lock的使用。想起自己在上次面试也遇到了synchronized与Lock的区别与使用。于是,我整理了两者的区别和使用情况,同时,对synchronized的使用过程一些常见问题的总结,最后是参照源码和说明文档,对Lock的使用写了几个简单的Demo。请大家批评指正。

技术点:

1、线程与进程:

在开始之前先把进程与线程进行区分一下,一个程序最少需要一个进程,而一个进程最少需要一个线程。关系是线程–>进程–>程序的大致组成结构。所以线程是程序执行流的最小单位,而进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以下我们所有讨论的都是建立在线程基础之上。

2、Thread的几个重要方法:

我们先了解一下Thread的几个重要方法。a、start()方法,调用该方法开始执行该线程;b、stop()方法,调用该方法强制结束该线程执行;c、join方法,调用该方法等待该线程结束。d、sleep()方法,调用该方法该线程进入等待。e、run()方法,调用该方法直接执行线程的run()方法,但是线程调用start()方法时也会运行run()方法,区别就是一个是由线程调度运行run()方法,一个是直接调用了线程中的run()方法!!

看到这里,可能有些人就会问啦,那wait()和notify()呢?要注意,其实wait()与notify()方法是Object的方法,不是Thread的方法!!同时,wait()与notify()会配合使用,分别表示线程挂起和线程恢复。

这里还有一个很常见的问题,顺带提一下:wait()与sleep()的区别,简单来说wait()会释放对象锁而sleep()不会释放对象锁。这些问题有很多的资料,不再赘述。

3、线程状态:

这里写图片描述

线程总共有5大状态,通过上面第二个知识点的介绍,理解起来就简单了。

  • 新建状态:新建线程对象,并没有调用start()方法之前

  • 就绪状态:调用start()方法之后线程就进入就绪状态,但是并不是说只要调用start()方法线程就马上变为当前线程,在变为当前线程之前都是为就绪状态。值得一提的是,线程在睡眠和挂起中恢复的时候也会进入就绪状态哦。

  • 运行状态:线程被设置为当前线程,开始执行run()方法。就是线程进入运行状态

  • 阻塞状态:线程被暂停,比如说调用sleep()方法后线程就进入阻塞状态

  • 死亡状态:线程执行结束

4、锁类型

  • 可重入锁:在执行对象中所有同步方法不用再次获得锁

  • 可中断锁:在等待获取锁过程中可中断

  • 公平锁: 按等待获取锁的线程的等待时间进行获取,等待时间长的具有优先获取锁权利

  • 读写锁:对资源读取和写入的时候拆分为2部分处理,读的时候可以多线程一起读,写的时候必须同步地写


synchronized与Lock的区别

1、我把两者的区别分类到了一个表中,方便大家对比:

类别synchronizedLock
存在层次 Java的关键字,在jvm层面上 是一个类
锁的释放 1、以获取锁的线程执行完同步代码,释放锁 2、线程执行发生异常,jvm会让线程释放锁 在finally中必须释放锁,不然容易造成线程死锁
锁的获取 假设A线程获得锁,B线程等待。如果A线程阻塞,B线程会一直等待 分情况而定,Lock有多个锁获取的方式,具体下面会说道,大致就是可以尝试获得锁,线程可以不用一直等待
锁状态 无法判断 可以判断
锁类型 可重入 不可中断 非公平 可重入 可判断 可公平(两者皆可)
性能 少量同步 大量同步

或许,看到这里还对LOCK所知甚少,那么接下来,我们进入LOCK的深入学习。

Lock详细介绍与Demo

以下是Lock接口的源码,笔者修剪之后的结果:

public interface Lock {

    /**
     * Acquires the lock.
     */
    void lock();

    /**
     * Acquires the lock unless the current thread is
     * {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
     */
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    /**
     * Acquires the lock only if it is free at the time of invocation.
     */
    boolean tryLock();

    /**
     * Acquires the lock if it is free within the given waiting time and the
     * current thread has not been {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
     */
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    /**
     * Releases the lock.
     */
    void unlock();

}
从Lock接口中我们可以看到主要有个方法,这些方法的功能从注释中可以看出:
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  • lock():获取锁,如果锁被暂用则一直等待

  • unlock():释放锁

  • tryLock(): 注意返回类型是boolean,如果获取锁的时候锁被占用就返回false,否则返回true

  • tryLock(long time, TimeUnit unit):比起tryLock()就是给了一个时间期限,保证等待参数时间

  • lockInterruptibly():用该锁的获得方式,如果线程在获取锁的阶段进入了等待,那么可以中断此线程,先去做别的事

通过 以上的解释,大致可以解释在上个部分中“锁类型(lockInterruptibly())”,“锁状态(tryLock())”等问题,还有就是前面子所获取的过程我所写的“大致就是可以尝试获得锁,线程可以不会一直等待”用了“可以”的原因。

下面是Lock一般使用的例子,注意ReentrantLock是Lock接口的实现。
  • 1

lock():


package com.brickworkers;

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

public class LockTest {
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    //需要参与同步的方法
    private void method(Thread thread){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁");
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockTest lockTest = new LockTest();

        //线程1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                lockTest.method(Thread.currentThread());
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                lockTest.method(Thread.currentThread());
            }
        }, "t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}
//执行情况:线程名t1获得了锁
//         线程名t1释放了锁
//         线程名t2获得了锁
//         线程名t2释放了锁

tryLock():

package com.brickworkers;

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

public class LockTest {
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    //需要参与同步的方法
    private void method(Thread thread){
/*      lock.lock();
        try {
            System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁");
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁");
            lock.unlock();
        }*/


        if(lock.tryLock()){
            try {
                System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁");
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁");
                lock.unlock();
            }
        }else{
            System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"有人占着锁,我就不要啦");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockTest lockTest = new LockTest();

        //线程1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                lockTest.method(Thread.currentThread());
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                lockTest.method(Thread.currentThread());
            }
        }, "t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

//执行结果: 线程名t2获得了锁
//         我是t1有人占着锁,我就不要啦
//         线程名t2释放了锁

看到这里相信大家也都会使用如何使用Lock了吧,关于tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()不再赘述。前者主要存在一个等待时间,在测试代码中写入一个等待时间,后者主要是等待中断,会抛出一个中断异常,常用度不高,喜欢探究可以自己深入研究。

前面比较重提到“公平锁”,在这里可以提一下ReentrantLock对于平衡锁的定义,在源码中有这么两段:

 


 /**
     * Sync object for non-fair locks
     */
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }

    /**
     * Sync object for fair locks
     */
    static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            acquire(1);
        }

        /**
         * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
         * recursive call or no waiters or is first.
         */
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

从以上源码可以看出在Lock中可以自己控制锁是否公平,而且,默认的是非公平锁,以下是ReentrantLock的构造函数:

   public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();//默认非公平锁
    }
 
 2018/10/1更新

今天看了并发实践这本书的ReentantLock这章,感觉对ReentantLock还是不够熟悉,有许多疑问,所有在网上找了很多文章看了一下,总体说的不够详细,重点和焦点问题没有谈到,但这篇文章相当不错,说的很全面,主要的重点都说到了,所有在这里转载了这篇文章,注意红色字体。

  在上一篇文章中我们讲到了如何使用关键字synchronized来实现同步访问。本文我们继续来探讨这个问题,从Java 5之后,在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问,那就是Lock。

  也许有朋友会问,既然都可以通过synchronized来实现同步访问了,那么为什么还需要提供Lock?这个问题将在下面进行阐述。本文先从synchronized的缺陷讲起,然后再讲述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些类和接口,最后讨论以下一些关于锁的概念方面的东西

  以下是本文目录大纲:

  一.synchronized的缺陷

  二.java.util.concurrent.locks包下常用的类

  三.锁的相关概念介绍

  若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。

  请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:

   http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html

一.synchronized的缺陷

  synchronized是java中的一个关键字,也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢?

  在上面一篇文章中,我们了解到如果一个代码块被synchronized修饰了,当一个线程获取了对应的锁,并执行该代码块时,其他线程便只能一直等待,等待获取锁的线程释放锁,而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况:

  1)获取锁的线程执行完了该代码块,然后线程释放对锁的占有;

  2)线程执行发生异常,此时JVM会让线程自动释放锁。

  那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因(比如调用sleep方法)被阻塞了,但是又没有释放锁,其他线程便只能干巴巴地等待,试想一下,这多么影响程序执行效率。

  因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等待一定的时间或者能够响应中断),通过Lock就可以办到。

  再举个例子:当有多个线程读写文件时,读操作和写操作会发生冲突现象,写操作和写操作会发生冲突现象,但是读操作和读操作不会发生冲突现象。

  但是采用synchronized关键字来实现同步的话,就会导致一个问题:

  如果多个线程都只是进行读操作,所以当一个线程在进行读操作时,其他线程只能等待无法进行读操作。

  因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时,线程之间不会发生冲突,通过Lock就可以办到。

  另外,通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。

  总结一下,也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点:

  1)Lock不是Java语言内置的,synchronized是Java语言的关键字,因此是内置特性。Lock是一个类,通过这个类可以实现同步访问;

  2)Lock和synchronized有一点非常大的不同,采用synchronized不需要用户去手动释放锁,当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后,系统会自动让线程释放对锁的占用;而Lock则必须要用户去手动释放锁,如果没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。

二.java.util.concurrent.locks包下常用的类

  下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。

  1.Lock

  首先要说明的就是Lock,通过查看Lock的源码可知,Lock是一个接口:

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public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

   下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用,lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述,会在后面的线程协作一文中讲述。

  在Lock中声明了四个方法来获取锁,那么这四个方法有何区别呢?

  首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取,则进行等待。

  由于在前面讲到如果采用Lock,必须主动去释放锁,并且在发生异常时,不会自动释放锁。因此一般来说,使用Lock必须在try{}catch{}块中进行,并且将释放锁的操作放在finally块中进行,以保证锁一定被被释放,防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

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Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
    //处理任务
}catch(Exception ex){
     
}finally{
    lock.unlock();   //释放锁
}

  tryLock()方法是有返回值的,它表示用来尝试获取锁,如果获取成功,则返回true,如果获取失败(即锁已被其他线程获取),则返回false,也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

  tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的,只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间,在时间期限之内如果还拿不到锁,就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁,则返回true。

  所以,一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的:

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Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
     try{
         //处理任务
     }catch(Exception ex){
         
     }finally{
         lock.unlock();   //释放锁
     
}else {
    //如果不能获取锁,则直接做其他事情
}

   lockInterruptibly()方法比较特殊,当通过这个方法去获取锁时,如果线程正在等待获取锁,则这个线程能够响应中断,即中断线程的等待状态。也就使说,当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时,假若此时线程A获取到了锁,而线程B只有在等待,那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

  由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常,所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

  因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下:

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public void method() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

  注意,当一个线程获取了锁之后,是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程,只能中断阻塞过程中的线程。

  因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时,如果不能获取到,只有进行等待的情况下,是可以响应中断的。

  而用synchronized修饰的话,当一个线程处于等待某个锁的状态,是无法被中断的,只有一直等待下去。

  2.ReentrantLock

  ReentrantLock,意思是“可重入锁”,关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类,并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

  例子1,lock()的正确使用方法

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public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  
     
    public void insert(Thread thread) {
        Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for(int i=0;i<5;i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

   各位朋友先想一下这段代码的输出结果是什么?

Thread-0得到了锁
Thread-1得到了锁
Thread-0释放了锁
Thread-1释放了锁

  也许有朋友会问,怎么会输出这个结果?第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁?原因在于,在insert方法中的lock变量是局部变量,每个线程执行该方法时都会保存一个副本,那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁,所以就不会发生冲突。

  知道了原因改起来就比较容易了,只需要将lock声明为类的属性即可。

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public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  
     
    public void insert(Thread thread) {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for(int i=0;i<5;i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

   这样就是正确地使用Lock的方法了。

  例子2,tryLock()的使用方法

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public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  
     
    public void insert(Thread thread) {
        if(lock.tryLock()) {
            try {
                System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
                for(int i=0;i<5;i++) {
                    arrayList.add(i);
                }
            catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }finally {
                System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
                lock.unlock();
            }
        else {
            System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");
        }
    }
}

   输出结果:

Thread-0得到了锁
Thread-1获取锁失败
Thread-0释放了锁

  例子3,lockInterruptibly()响应中断的使用方法:

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public class Test {
    private Lock lock = new ReentrantLock();   
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread1 = new MyThread(test);
        MyThread thread2 = new MyThread(test);
        thread1.start();
        thread2.start();
         
        try {
            Thread.sleep(2000);
        catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        thread2.interrupt();
    }  
     
    public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{
        lock.lockInterruptibly();   //注意,如果需要正确中断等待锁的线程,必须将获取锁放在外面,然后将InterruptedException抛出
        try {  
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            for(    ;     ;) {
                if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)
                    break;
                //插入数据
            }
        }
        finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");
            lock.unlock();
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
        }  
    }
}
 
class MyThread extends Thread {
    private Test test = null;
    public MyThread(Test test) {
        this.test = test;
    }
    @Override
    public void run() {
         
        try {
            test.insert(Thread.currentThread());
        catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");
        }
    }
}

  运行之后,发现thread2能够被正确中断。

  3.ReadWriteLock

  ReadWriteLock也是一个接口,在它里面只定义了两个方法:

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public interface ReadWriteLock {
    /**
     * Returns the lock used for reading.
     *
     * @return the lock used for reading.
     */
    Lock readLock();
 
    /**
     * Returns the lock used for writing.
     *
     * @return the lock used for writing.
     */
    Lock writeLock();
}

   一个用来获取读锁,一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开,分成2个锁来分配给线程,从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

  4.ReentrantReadWriteLock

  ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法,不过最主要的有两个方法:readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

  下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

  假如有多个线程要同时进行读操作的话,先看一下synchronized达到的效果:

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public class Test {
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
     
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
    }  
     
    public synchronized void get(Thread thread) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
            System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
        }
        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
    }
}

   这段程序的输出结果会是,直到thread1执行完读操作之后,才会打印thread2执行读操作的信息。

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Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1读操作完毕
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  而改成用读写锁的话:

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public class Test {
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
     
    public static void main(String[] args)  {
        final Test test = new Test();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
    }  
     
    public void get(Thread thread) {
        rwl.readLock().lock();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
             
            while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
            }
            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
        finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

   此时打印的结果为:

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Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
Thread-1读操作完毕
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  说明thread1和thread2在同时进行读操作。

  这样就大大提升了读操作的效率。

  不过要注意的是,如果有一个线程已经占用了读锁,则此时其他线程如果要申请写锁,则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

  如果有一个线程已经占用了写锁,则此时其他线程如果申请写锁或者读锁,则申请的线程会一直等待释放写锁。

  关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。

  5.Lock和synchronized的选择

  总结来说,Lock和synchronized有以下几点不同:

  1)Lock是一个接口,而synchronized是Java中的关键字,synchronized是内置的语言实现;

  2)synchronized在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时,如果没有主动通过unLock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;

  3)Lock可以让等待锁的线程响应中断,而synchronized却不行,使用synchronized时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断;

  4)通过Lock可以知道有没有成功获取锁,而synchronized却无法办到。

  5)Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

  在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说,在具体使用时要根据适当情况选择。

三.锁的相关概念介绍

  在前面介绍了Lock的基本使用,这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。

  1.可重入锁

  如果锁具备可重入性,则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁,可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制:基于线程的分配,而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子,当一个线程执行到某个synchronized方法时,比如说method1,而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2,此时线程不必重新去申请锁,而是可以直接执行方法method2。

  看下面这段代码就明白了:

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class MyClass {
    public synchronized void method1() {
        method2();
    }
     
    public synchronized void method2() {
         
    }
}

   上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了,假如某一时刻,线程A执行到了method1,此时线程A获取了这个对象的锁,而由于method2也是synchronized方法,假如synchronized不具备可重入性,此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题,因为线程A已经持有了该对象的锁,而又在申请获取该对象的锁,这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

  而由于synchronized和Lock都具备可重入性,所以不会发生上述现象。

  2.可中断锁

  可中断锁:顾名思义,就是可以相应中断的锁。

  在Java中,synchronized就不是可中断锁,而Lock是可中断锁。

  如果某一线程A正在执行锁中的代码,另一线程B正在等待获取该锁,可能由于等待时间过长,线程B不想等待了,想先处理其他事情,我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它,这种就是可中断锁。

  在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

  3.公平锁

  公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁,当这个锁被释放时,等待时间最久的线程(最先请求的线程)会获得该所,这种就是公平锁。

  非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。

  在Java中,synchronized就是非公平锁,它无法保证等待的线程获取锁的顺序。

  而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock,它默认情况下是非公平锁,但是可以设置为公平锁。

  看一下这2个类的源代码就清楚了:

  

  在ReentrantLock中定义了2个静态内部类,一个是NotFairSync,一个是FairSync,分别用来实现非公平锁和公平锁。

  我们可以在创建ReentrantLock对象时,通过以下方式来设置锁的公平性:

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ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

   如果参数为true表示为公平锁,为fasle为非公平锁。默认情况下,如果使用无参构造器,则是非公平锁。

  

  另外在ReentrantLock类中定义了很多方法,比如:

  isFair()        //判断锁是否是公平锁

  isLocked()    //判断锁是否被任何线程获取了

  isHeldByCurrentThread()   //判断锁是否被当前线程获取了

  hasQueuedThreads()   //判断是否有线程在等待该锁

  在ReentrantReadWriteLock中也有类似的方法,同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住,ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口,它实现的是ReadWriteLock接口。

  4.读写锁

  读写锁将对一个资源(比如文件)的访问分成了2个锁,一个读锁和一个写锁。

  正因为有了读写锁,才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。

  ReadWriteLock就是读写锁,它是一个接口,ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。

  可以通过readLock()获取读锁,通过writeLock()获取写锁。

  上面已经演示过了读写锁的使用方法,在此不再赘述。

尾记录:

笔者水平一般,不过此博客在引言中的目的已全部达到。这只是笔者在学习过程中的总结与概括,如存在不正确的,欢迎大家批评指出。

延伸学习:对于LOCK底层的实现,大家可以参考:
点击Lock底层介绍博客

两种同步方式性能测试,大家可以参考:
点击查看两种同步方式性能测试博客

博主18年3月新增:

回来看自己博客。发现东西阐述的不够完整。这里在做补充,因为这篇博客访问较大,所以为了不误导大家,尽量介绍给大家正确的表述:
1、两种锁的底层实现方式:
synchronized:我们知道java是用字节码指令来控制程序(这里不包括热点代码编译成机器码)。在字节指令中,存在有synchronized所包含的代码块,那么会形成2段流程的执行。

我们点击查看SyncDemo.java的源码SyncDemo.class,可以看到如下:
这里写图片描述

如上就是这段代码段字节码指令,没你想的那么难吧。言归正传,我们可以清晰段看到,其实synchronized映射成字节码指令就是增加来两个指令:monitorenter和monitorexit。当一条线程进行执行的遇到monitorenter指令的时候,它会去尝试获得锁,如果获得锁那么锁计数+1(为什么会加一呢,因为它是一个可重入锁,所以需要用这个锁计数判断锁的情况),如果没有获得锁,那么阻塞。当它遇到monitorexit的时候,锁计数器-1,当计数器为0,那么就释放锁。

那么有的朋友看到这里就疑惑了,那图上有2个monitorexit呀?马上回答这个问题:上面我以前写的文章也有表述过,synchronized锁释放有两种机制,一种就是执行完释放;另外一种就是发送异常,虚拟机释放。图中第二个monitorexit就是发生异常时执行的流程,这就是我开头说的“会有2个流程存在“。而且,从图中我们也可以看到在第13行,有一个goto指令,也就是说如果正常运行结束会跳转到19行执行。

这下,你对synchronized是不是了解的很清晰了呢。接下来我们再聊一聊Lock。

Lock:Lock实现和synchronized不一样,后者是一种悲观锁,它胆子很小,它很怕有人和它抢吃的,所以它每次吃东西前都把自己关起来。而Lock呢底层其实是CAS乐观锁的体现,它无所谓,别人抢了它吃的,它重新去拿吃的就好啦,所以它很乐观。具体底层怎么实现,博主不在细述,有机会的话,我会对concurrent包下面的机制好好和大家说说,如果面试问起,你就说底层主要靠volatile和CAS操作实现的。

现在,才是我真正想在这篇博文后面加的,我要说的是:尽可能去使用synchronized而不要去使用LOCK

什么概念呢?我和大家打个比方:你叫jdk,你生了一个孩子叫synchronized,后来呢,你领养了一个孩子叫LOCK。起初,LOCK刚来到新家的时候,它很乖,很懂事,各个方面都表现的比synchronized好。你很开心,但是你内心深处又有一点淡淡的忧伤,你不希望你自己亲生的孩子竟然还不如一个领养的孩子乖巧。这个时候,你对亲生的孩子教育更加深刻了,你想证明,你的亲生孩子synchronized并不会比领养的孩子LOCK差。(博主只是打个比方)

那如何教育呢?
在jdk1.6~jdk1.7的时候,也就是synchronized16、7岁的时候,你作为爸爸,你给他优化了,具体优化在哪里呢:

1、线程自旋和适应性自旋
我们知道,java’线程其实是映射在内核之上的,线程的挂起和恢复会极大的影响开销。并且jdk官方人员发现,很多线程在等待锁的时候,在很短的一段时间就获得了锁,所以它们在线程等待的时候,并不需要把线程挂起,而是让他无目的的循环,一般设置10次。这样就避免了线程切换的开销,极大的提升了性能。
而适应性自旋,是赋予了自旋一种学习能力,它并不固定自旋10次一下。他可以根据它前面线程的自旋情况,从而调整它的自旋,甚至是不经过自旋而直接挂起。

2、锁消除
什么叫锁消除呢?就是把不必要的同步在编译阶段进行移除。
那么有的小伙伴又迷糊了,我自己写的代码我会不知道这里要不要加锁?我加了锁就是表示这边会有同步呀?
并不是这样,这里所说的锁消除并不一定指代是你写的代码的锁消除,我打一个比方:
在jdk1.5以前,我们的String字符串拼接操作其实底层是StringBuffer来实现的(这个大家可以用我前面介绍的方法,写一个简单的demo,然后查看class文件中的字节码指令就清楚了),而在jdk1.5之后,那么是用StringBuilder来拼接的。我们考虑前面的情况,比如如下代码:

String str1="qwe";
String str2="asd";
String str3=str1+str2;

底层实现会变成这样:

StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("qwe");
sb.append("asd");

我们知道,StringBuffer是一个线程安全的类,也就是说两个append方法都会同步,通过指针逃逸分析(就是变量不会外泄),我们发现在这段代码并不存在线程安全问题,这个时候就会把这个同步锁消除。

3、锁粗化
在用synchronized的时候,我们都讲究为了避免大开销,尽量同步代码块要小。那么为什么还要加粗呢?
我们继续以上面的字符串拼接为例,我们知道在这一段代码中,每一个append都需要同步一次,那么我可以把锁粗化到第一个append和最后一个append(这里不要去纠结前面的锁消除,我只是打个比方)

4、轻量级锁

5、偏向锁

关于最后这两种,我希望留个有缘的读者自己去查找,我不希望我把一件事情描述的那么详细,自己动手得到才是你自己的,博主可以告诉你的是,最后两种并不难。。加油吧,各位。

posted @ 2018-09-22 16:01  后知、后觉  阅读(2458)  评论(2编辑  收藏