synchronized ReentrantLock 比较分析

Posted 2020-12-05 null-qige

　　

　　在编写多线程代码的时候，对于不允许并发的代码，很多需要加锁进行处理。在进行加锁处理时候，synchronized作为java的内置锁，同时也是java关键字，最为被人熟知，即使是最初级的java程序员，只要知道java并发处理的，都会知道syschronized。

　　java5.0之后，java提供了另外一种加锁机制，ReentrantLock提供了更多更灵活的功能，在很多复杂场景下，ReentrantLock相比synchronized会更合适。

　　synchronized和ReentrantLock也经常会拿出来比较，这也是在面试中，面试官也经常会问到的一个问题。这里就简单整理一下synchronized与ReentrantLock的异同。　

相同点

　　比较synchronized 和 ReentrantLock的相同点，毋庸置疑，它们的功能都是作为锁对访问进行控制。防止并发造成逻辑错误。

　　1、在获取ReentrantLock的时候，有着与synchronized相同的互斥性(互斥性:当一个线程已经获取到某个锁的时候，其他线程无法获取到该锁)

　　2、ReentrantLock 和 syschronized提供的相同的内存可见性(可见性:当一个线程修改一个变量的时候，其他的线程能够及时知道）

　　3、虽然ReentrantLock命名为可重入锁，但是实际上synchronized也是一样可重入的(可重入:当一个线程拿到某个锁后，当该线程在释放该锁之前，可以重复获取该锁)

 

　　打个比方：比如你去食堂排队打饭，饭桶只有一个饭勺。你手中拿着勺子，其他人要打饭就得等你打完，这就叫互斥性（独占性），勺子就是锁。你一开始左手拿着勺子，觉得姿势不爽，换成右手来拿勺子，此时勺子在你手里，你可以重复左手右手一个慢动作，这就叫可重入。当你打完饭的时候，饭桶里的饭明显少了很多（真的很能吃），其他来打饭的人马上就能看到了，这就叫可见性，饭桶是主存，你的饭盆就是工作内存。

　　

不同点

　　写法

　　首先最直观的不同点，就是写法上的不同。

1         Object object = new Object();
2         synchronized (object) {
3             doSomeThing(s);
4         }

 

1         Lock lock=new ReentrantLock();
2         lock.lock();
3         try {
4             doSomeThing(s);
5         }finally {
6             lock.unlock();
7         }

　　synchronized的写法相比较更简单，使用synchronized会自动加锁，synchronized同步代码块退出后，会自动释放锁。

　　ReentrantLock需要在fiinally手动释放锁，如果忘记释放锁，会造成很大的麻烦。

　　

　　synchronized必须写在同一个代码块中，无法进行拆分。ReentrantLock在可以在不同的地方进行lock,unLock，代码也可以进行灵活编写。比如concurrentHashMap中，Segment继承ReentrantLock来进行锁操作。

　　功能

　　synchronized提供的功能相对单一，当需要对锁进行复杂操作的时候，synchronized就会显得力不从心。比如轮询锁、定时锁、可中断锁。

　　　　轮询锁

　　第一种场景，假设有一段代码同时需要获取两个锁，当我们使用synchronized的时候，会这么写

1         Object object1 = new Object();
2         Object object2 = new Object();
3         synchronized (object1) {
4             synchronized (object2){
5                 doSomeThing(object1，object2);
6             }
7         }

　　如果现在有另外一段代码，仍然需要同时锁住object1和object2。synchronized就必须保证同步的顺序，如果先锁住object2、再锁住object1，就有可能产生死锁。当一段程序用到多个锁，容易搞乱顺序。特别在团队开发的时候，成员之间不会知道他人通过什么样的顺序进行加锁。

　　

　　这个时候ReentrantLock更加灵活的优点就体现出来了。ReentrantLock提供了tryLock()方法，我们可以用这个方法来实现轮询。

 1         Lock lock1 = new ReentrantLock();
 2         Lock lock2 = new ReentrantLock();
 3         while (true) {
 4             if (lock1.tryLock()) {
 5                 try {
 6                     if (lock2.tryLock()) {
 7                         try {
 8                             doSomeThing(s);
 9                         } finally {
10                             lock2.unlock();
11                         }
12                     }
13                 } finally {
14                     lock1.unlock();
15                 }
16             }
17             SECONDS.sleep(1);
18         }

　　使用ReentrantLock的tryLock()，如上述代码所示，当我们尝试获取lock1成功、获取lock2失败的时候，我们会释放lock1，休眠一秒后重新获取两个锁。这样的好处通过放弃已经获取到的锁避免了死锁的出现，代码的安全性更高。而且获取锁的过程中，我们可以灵活的插入一些代码，比如17行所示的，每当两个锁没有同时获取成功，我们就进行一秒钟休眠（虽然正常项目中下我们不会这么处理）。

　　

　　　　定时锁

　　第二种场景，如果我们需要一个程序在特定时间内完成，如果特定时间内没有拿到锁，就直接返回，放弃该任务。synchronized面对这种场景同样为难，又到了ReentrantLock登场时间。reentrantLock的tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法提供了超时返回的功能。如下示例代码：

1         Lock lock = new ReentrantLock();
2         if(!lock.tryLock(1,SECONDS)){
3             return;
4         }
5         try {
6             doSomeThing();
7         }finally {
8             lock.unlock();
9         }

　　上例中，ReentrantLock尝试使用1秒的时候去获取锁，如果超过时间仍然没有获取到锁，则返回失败。如果获取锁成功，则继续执行目的代码。

　　　　可中断锁

　　在使用synchronized进行获取锁排队的时候，是无法响应中断的，当业务场景必须实时响应线程中断时，synchronized就不那么合适了。使用ReantrantLock可以使用lockInterruptibly()方法。该方法支持线程在获取锁的过程中，对线程进行中断。

1         Lock lock = new ReentrantLock();
2         lock.lockInterruptibly();
3         try {
4             doSomeThing(s);
5         } finally {
6             lock.unlock();
7         }

　　性能

　　在java 6.0之前，synchronized的性能方便比ReentrantLock弱一截，java 发布6.0之后，重新优化了synchronized的算法。ReentrantLock的性能仅比synchronized的性能稍微强一些。至于现在，在不同系统，不同硬件下，测试出来的性能都会有偏差。这边我也懒得自己再去做实验尝试，所以就不多逼逼了。

　　

　　公平性

　　当多个线程先后请求一个被占用的锁的时候，当该锁释放，如果有算法保证最早排队的线程最先拿到锁，则这个锁就是公平锁。

　　synchronized是不公平，reentrantLock则同时提供了公平锁和不公平锁两种。公平锁的好处在于，线程的先后顺序，等待最久的线程先执行。然而公平锁的性能却不如非公平锁，原因在于，假设线程A持有一个锁，并且B线程请求这个锁。由于这个锁已经被A线程持有，因此B将被挂起。当A释放的锁的时候，B将被唤醒，然后重新尝试获取该锁。与此同时，如果C线程也同时请求该锁，那么C可能在B被完全唤醒之前获取该锁、并执行任务、释放锁。即线程C可能在A、B线程持有锁的间隔中，完成操作。B线程完全唤醒之后会发现锁已经被释放了。因此并不影响B线程的执行。通过这种插队行为，能提高这个程序的吞吐量。

　　默认创建的ReentrantLock都是非公平的锁，如果想创建一个公平锁，可以利用Reentrant的构造器。

　　//ReentrantLock 构造器
　　public ReentrantLock( boolean fair){
        sync = fair ? new ReentrantLock.FairSync() : new ReentrantLock.NonfairSync();
    }
　　

    Lock lock = new ReentrantLock(true);

 

 

 

　　以下简单贴一下reentranLock的源码，看下公平锁和非公平锁的区别：

 1     static final class FairSync extends ReentrantLock.Sync {
 2         3        
 4         //公平锁，直接进行队列
 5         final void lock() {
 6             acquire(1);
 7         }
 8     }
 9 
10 
11     static final class NonfairSync extends ReentrantLock.Sync {
12         13 
14         /**
15          * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
16          * acquire on failure.
17          */
18         //非公平锁，可以进行插队
19         final void lock() {
20             if (compareAndSetState(0, 1))
21                 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
22             else
23                 acquire(1);
24         }
25 
26         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
27             return nonfairTryAcquire(acquires);
28         }
29     }

 

　　java语言规范并没有要求JVM以公平的方式来实现内置锁，各种JVM也确实没有这么做。ReentrantLock并没有进一步降低锁的公平性，在等待线程队列中，依旧遵循先进先出的原则。

 

 

总结

 

 　　synchronized与ReentrantLock相比较之后，感觉ReeantrantLock比synchronized有更强大的功能，更灵活的操作。但是相比起来，syschronzied使用门槛更低，简单粗暴，而且不会出现忘记解锁的状况。《Java并发编程实战》中建议，在synchronized无法满足需求的时候，再用ReeantrantLock，原因大致如下：

　　1、synchronized简单易用，容易上手，而且不容易出现忘记解锁的情况

　　2、未来更可能提高synchronized的性能，因为synchronized是JVM的内置属性