synchronized和lock比较

Posted 2020-12-04 draem0507

一、synchronized的实现方案

　　1.synchronized能够把任何一个非null对象当成锁，实现由两种方式：

　　a.当synchronized作用于非静态方法时，锁住的是当前对象的事例，当synchronized作用于静态方法时，锁住的是class实例，又因为Class的相关数据存储在永久带，因此静态方法锁相当于类的一个全局锁。

　　b.当synchronized作用于一个对象实例时，锁住的是对应的代码块。

　　2.synchronized锁又称为对象监视器（object）。

      3.当多个线程一起访问某个对象监视器的时候，对象监视器会将这些请求存储在不同的容器中。

　　>Contention List：竞争队列，所有请求锁的线程首先被放在这个竞争队列中

　　>Entry List：Contention List中那些有资格成为候选资源的线程被移动到Entry List中

　　>Wait Set：哪些调用wait方法被阻塞的线程被放置在这里

　　>OnDeck：任意时刻，最多只有一个线程正在竞争锁资源，该线程被成为OnDeck

　　>Owner：当前已经获取到所资源的线程被称为Owner

　　> !Owner：当前释放锁的线程

　　下图展示了他们之前的关系

      

二、lock的实现方案

　　与synchronized不同的是lock是纯java手写的，与底层的JVM无关。在java.util.concurrent.locks包中有很多Lock的实现类，常用的有ReenTrantLock、ReadWriteLock(实现类有ReenTrantReadWriteLock)

，其实现都依赖java.util.concurrent.AbstractQueuedSynchronizer类（简称AQS），实现思路都大同小异，因此我们以ReentrantLock作为讲解切入点。

分析之前我们先来花点时间看下AQS。AQS是我们后面将要提到的CountDownLatch/FutureTask/ReentrantLock/RenntrantReadWriteLock/Semaphore的基础，因此AQS也是Lock和Excutor实现的基础。它的基本思想就是一个同步器，支持获取锁和释放锁两个操作。

　　

　　要支持上面锁获取、释放锁就必须满足下面的条件：

　　1、  状态位必须是原子操作的

　　2、  阻塞和唤醒线程

　　3、  一个有序的队列，用于支持锁的公平性

　　场景：可定时的、可轮询的与可中断的锁获取操作，公平队列，或者非块结构的锁。

　　使用用法介绍

　　

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();
        }
    }
}

tryLock()的使用方法

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");
        }
    }
}

lockInterruptibly()

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");
        }
    }
}

　　

ReentrantReadWriteLock

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();
        }
    }
}

　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。

 

　　主要从以下几个特点介绍：

　　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。

　　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。

　　3.公平锁和非公平锁

　　　  公平锁以请求锁的顺序来获取锁，非公平锁则是无法保证按照请求的顺序执行。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。

　　　　参数为true时表示公平锁，不传或者false都是为非公平锁。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

　　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。

三、总结

　　1.synchronized

　　优点：实现简单，语义清晰，便于JVM堆栈跟踪，加锁解锁过程由JVM自动控制，提供了多种优化方案，使用更广泛

　　缺点：悲观的排他锁，不能进行高级功能

　　2.lock

　　优点：可定时的、可轮询的与可中断的锁获取操作，提供了读写锁、公平锁和非公平锁　　

　　缺点：需手动释放锁unlock，不适合JVM进行堆栈跟踪

　　3.相同点　

　　都是可重入锁

 

ReenTrantLock独有的能力：

1.      ReenTrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。

2.      ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。

3.      ReenTrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。

 

什么情况下使用ReenTrantLock：

答案是，如果你需要实现ReenTrantLock的三个独有功能时。

 

参考：

https://www.cnblogs.com/jiangds/p/6476293.html

https://www.cnblogs.com/handsomeye/p/5999362.html

https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/7211802.html