java并发编程（synchronized同步和Lock显示锁）

Posted 2022-04-23 JasonGaoH

为什么需要并发程序？       

       线程是java语言中不可或缺的重要功能，它们能使复杂的异步代码变得更简单，从而极大地简化了复杂系统的开发。另外，在开发当数据量大的时候，往往需要使用多线程来提高程序的运行速度，尤其是如今处在一个大数据的时代。在并发编程中，就是需要解决实现线程安全问题，而这个问题的核心就在于要对状态访问操作进行管理，说简单点，就是要管理好对共享数据的访问。“共享”意味着多个线程可以同时访问，如果多个线程同时操作一个共享的变量，就会出现错误的数据，所以就需要采取相应的方法来解决它。

       在java中有多种方式可以防止代码块受并发访问的干扰，这里说说synchronized同步和Lock显示锁。

synchronized同步

       为了解决线程安全问题，java从早期的版本就开始提供synchronized关键字来实现同步。从1.0版本开始，java的每一个对象都有一个内部锁。如果一个方法用synchronized关键字声明，那么对象的锁将保护这个方法。也就是说，要调用该方法，线程必须获得内部的对象锁。另外，同步synchronized提供两种锁的方式，一个是同步方法，另一个是同步代码块，同步方法用的是该方法的所属类的对象，而同步代码块的锁由你指定，可以是任意对象。可以看看这里点击打开链接。synchronized关键字能自动提供一个锁以及相关的“条件”，对于大多数情况，用它是很方便的。

synchronized(对象)   // 任意对象都可以。这个对象就是锁。
	需要被同步的代码；

public synchronized void transfer() 

Lock显示锁

       java从1.5版本之后，提供了Lock接口。这时候，直接将锁封装成了对象。线程进入同步就是具备了锁，执行完，离开同步，就是释放了锁。在后期对锁的分析过程中，发现，获取锁，或者释放锁的动作应该是锁这个事物更清楚。所以将这些动作定义在了锁当中，并把锁定义成对象。所以，同步是隐式的锁操作，而Lock对象是显示的锁操作。

bankLock.lock(); //a ReentrantLock object
      try
      
         //临界区
      
      finally
      
         bankLock.unlock();  //如果在临界区抛出异常，必须保证锁被释放
      

另外，有一个需要注意的地方是，锁的唤醒机制的不同。        在用同步synchronized来实现加锁时，由于这时的锁用的是任意对象，所以如wait，notify，notifyAll等操作锁的等待唤醒的方法都定义在Object中。        而现在用Lock时，用的锁是Lock对象。所以查找等待唤醒机制方式需要通过Lock接口来完成。而Lock接口中并没有直接操作等待唤醒的方法，而是将这些方式又单独封装到了一个对象中。这个对象就是Condition，将Object中的三个方法进行单独的封装。并提供了功能一致的方法 await()、signal()、signalAll()体现新版本对象的好处。 下面是java核心技术卷1中关于显示锁核心代码：

/**
    * Transfers money from one account to another.
    * @param from the account to transfer from
    * @param to the account to transfer to
    * @param amount the amount to transfer
    */
   public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   
      bankLock.lock();
      try
      
         while (accounts[from] < amount)
            sufficientFunds.await();
         System.out.print(Thread.currentThread());
         accounts[from] -= amount;
         System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);
         accounts[to] += amount;
         System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
         sufficientFunds.signalAll();
      
      finally
      
         bankLock.unlock();
      
   

这里使用一个锁来保护Bank中的transfer方法，模拟现实中转账操作。        假定一个线程调用transfer时，在执行结束前被剥夺了运行权。假定第二个线程也调用transfer，由于第二个线程不能获得锁，将在调用lock方法时被阻塞。它必须等待第一个线程完成transfer方法的执行之后才能再度激活。当第一个线程释放锁时，那么第二个线程才可以运行。
锁是可重入的，因为线程可以重复地获得已经持有的锁。锁保持一个持有计数来跟踪对lock方法的嵌套调用。线程在每一次调用lock都要使用unlock来释放锁。由于这一特性，被一个锁保护的代码可以调用另一个使用相同的锁的方法。例如，当transfer方法调用getTotalBalance方法，这也会封锁bankLock对象，此时bankLock持有的计数为2.当getTotalBalance方法退出是，持有计数变为1.当transfer方法退出的时候，持有的计数变为0.线程释放锁。上面实例代码中调用的方法getTotalBalance与transfer方法使用的是同一个锁。

/**
    * Gets the sum of all account balances.
    * @return the total balance
    */
   public double getTotalBalance()
   
      bankLock.lock();
      try
      
         double sum = 0;

         for (double a : accounts)
            sum += a;

         return sum;
      
      finally
      
         bankLock.unlock();
      
   

另外，上面的案列使用显示锁Lock，同样可以用同步的方法来实现，将transfer方法用synchronized修饰，同样在transfer中调用的getTotalBalance也需要用synchronized来修饰。

/**
    * Transfers money from one account to another.
    * @param from the account to transfer from
    * @param to the account to transfer to
    * @param amount the amount to transfer
    */
   public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   
      while (accounts[from] < amount)
         wait();
      System.out.print(Thread.currentThread());
      accounts[from] -= amount;
      System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);
      accounts[to] += amount;
      System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
      notifyAll();
   

/**
    * Gets the sum of all account balances.
    * @return the total balance
    */
   public synchronized double getTotalBalance()
   
      double sum = 0;

      for (double a : accounts)
         sum += a;

      return sum;
   

以上代码案列均来自于java核心技术卷。