Java锁机制

Posted 2020-08-31 novalist

1.减少锁的竞争

　　我们看到串行化会损害可伸缩性，上下文切换回损害性能。竞争性的锁会同时导致这两种所示，所以减少锁的竞争讷讷狗狗改进性能和可伸缩性。

　　访问独占锁守护的资源是串行的——一次只能有一个行程访问它。当然，我们有很好的理由使用锁。

　　并发程序中，对可伸缩性首要的威胁是独占的资源锁。有两个原因影响着锁的竞争性：锁被请求的频率，以及每次持有该所的时间。

　　如果这两者的乘积足够小，那么大多数请求所得尝试都是非竞争的，这样竞争性的锁不会成为可伸缩性巨大的阻碍。

　　但是如果这个锁的请求量很大，线程将会阻塞以等待锁；在极端的情况下处理器将会闲置，即使仍有大量工作等着完成。

　　有3种方式来减少锁的竞争：

　　1、减少持有锁的时间（比如可以把与锁无关的代码移出synchronized块）

　　2、减少请求所得频率

　　3、或者用协调机制取代独占锁，从而允许更强的并发性

　　减少锁的粒度，可以通过分拆锁和分离锁来实现。

 

 2.ReetrantLock

　　在java5.0之前，用于调节共享对象访问的机制只有synchronized和volatile。Java5.0提供了新的选择：ReetrantLock。

　　ReentrantLock实现了Lock接口，提供了与synchronized相同的互斥和内存可见性的保证。

　　获得ReentrantLock的锁与进入synchronized块有着相同的内存语义，释放ReentrantLock锁与退出synchronized块有相同的内存语义。

　　ReentrantLock提供了与synchronized一样的可重入加锁的语义。

　　ReentrantLock支持Lock接口电一的所有获取锁的模式。

　　与synchronized相比，ReentrantLock为处理不可用的锁提供了更多灵活性。

　　为什么要创建与内部锁如此相似的机制呢？内部锁在大部分情况下都能很好的工作，但是有一些功能上的局限——不能中断那些正在获取锁的线程，并且在请求所失败的情况下，必须无线等待。

　　内部锁必须在获取他们的代码块中被释放；这很好的简化了代码，与异常处理机制能够进行良好的互动，但是在某些情况下，一个更灵活地加锁机制提供了更好的活跃度和性能。

　　但是忘记finally释放是一个定时炸弹，这就是ReentrantLock不能完全替代。

Lock lock = new ReentrantLock();  
lock.lock();  
try {   
  // update object state  
}  
finally {  
  lock.unlock();   
}  

 

3.Synchronized

　　把代码块声明为 synchronized，有两个重要后果，通常是指该代码具有原子性（atomicity）和可见性（visibility）。

　　原子性意味着一个线程一次只能执行由一个指定监控对象（lock）保护的代码，从而防止多个线程在更新共享状态时相互冲突。

　　可见性则更为微妙，它要对付内存缓存和编译器优化的各种反常行为。

　　一般来说，线程以某种不必让其他线程立即可以看到的方式（不管这些线程在寄存器中、在处理器特定的缓存中，还是通过指令重排或者其他编译器优化），不受缓存变量值的约束，但是如果开发人员使用了同步，如下面的代码所示，那么运行库将确保某一线程对变量所做的更新先于对现有synchronized 块所进行的更新，当进入由同一监控器（lock）保护的另一个 synchronized 块时，将立刻可以看到这些对变量所做的更新。类似的规则也存在于 volatile 变量上。

synchronized (lockObject) {   
  // update object state  
}  

 

 4.Synchronized 与 ReetrantLock

　　  ① ReentrantLock拥有Synchronized相同的并发性和内存语义，此外还多了锁投票，定时锁等候和中断锁等候等特性。

　　　　线程A和B都要获取对象O的锁定，假设A获取了对象O锁，B将等待A释放对O的锁定

　　　　如果使用 synchronized ，如果A不释放，B将一直等下去，不能被中断

　　　　如果 使用ReentrantLock，如果A不释放，可以使B在等待了足够长的时间以后，中断等待，而干别的事情

　　　　

　　　　ReentrantLock获取锁定与三种方式：

　　　　lock(), 如果获取了锁立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程则一直处于休眠状态，直到获取锁

　　　　tryLock(), 如果获取了锁立即返回true，如果别的线程正持有锁，立即返回false；

　　　　tryLock(long timeout,TimeUnit unit)， 如果获取了锁定立即返回true，如果别的线程正持有锁，会等待参数给定的时间，在等待的过程中，如果获取了锁定，就返回true，如果等待超时，返回false；

　　　　lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回，如果没有获取锁定，当前线程处于休眠状态，直到或者锁定，或者当前线程被别的线程中断

　　　②synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定，但是使用Lock则不行，

　　　　lock是通过代码实现的，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到finally{}中

　　   ③在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；

 

　　　　5.0的多线程任务包对于同步的性能方面有了很大的改进，在原有synchronized关键字的基础上，又增加了ReentrantLock，以及各种Atomic类。

　　　　简单的总结

　　　　synchronized：

　　　　　　在资源竞争不是很激烈的情况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的。

　　　　　　原因在于，编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize，另外可读性非常好，不管用没用过5.0多线程包的程序员都能理解。

　　　　ReentrantLock:

　　　　　　ReentrantLock提供了多样化的同步，比如有时间限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。

　　　　　　在资源竞争不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候，synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。

　　　　Atomic:

　　　　　　和上面的类似，不激烈情况下，性能比synchronized略逊，而激烈的时候，也能维持常态。

　　　　　　激烈的时候，Atomic的性能会优于ReentrantLock一倍左右。但是其有一个缺点，就是只能同步一个值，一段代码中只能出现一个Atomic的变量，多于一个同步无效。

　　　　　　因为他不能在多个Atomic之间同步。

　　　　所以，我们写同步的时候，优先考虑synchronized，如果有特殊需要，再进一步优化。ReentrantLock和Atomic如果用的不好，不仅不能提高性能，还可能带来灾难。

 

 

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。