Java后端之多线程-同步锁的比较

JDK 5.0为开发人员开发高性能的并发应用程序提供了一些很有效的新选择,目前存在两种锁机制:synchronized和Lock,Lock接口及其

实现类是JDK5增加的内容,ReentrantLock是Lock的实现。在实际的工作中,大家对synchronized和ReentrantLock都使用的比较多,今天对这

两种锁机制进行了总结并分享给各位朋友们,希望对大家有所帮助。

一、synchronized

1).介绍

synchronized 是Java语言的关键字,可用来给对象和方法或者代码块加锁,当它锁定一个方法或者一个代码块的时候,同一时刻最多只有一个线程执行这段代码。当两个并发线程访问同一个对象object中的这个加锁同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必

须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。然而,当一个线程访问object的一个加锁代码块时,另一个线程仍然可以访问该object

中的非加锁代码块。

2).使用

很多朋友都知道synchronized可以对整个方法同步,也可以对方法的部分代码块进行同步。当synchronized修饰方法的时候,synchronized是对象级的同步,意思就是说对于某个对象里面的被synchronized修饰的多个方法和synchronized(this)的代码块,当某一个线程访问一个synch

ronized修饰的方法或执行synchronized(this)的代码块,其它线程访问该对象内的synchronized修饰的方法或执行synchronized(this)的代码块

将会处于等待状态,当之前得到锁的线程执行完方法或代码块时,其它线程才可以访问。下面通过代码的方式给大家详细介绍:

1.synchronized修饰方法,表示同步作用于当前类的对象,某一个线程访问一个synchronized修饰的方法时,其它线程访问该对象内的synchronized修饰的方法将会处于等待状态,代码如下:

public class Ceshi{  
        public  synchronized  int add(int a,int b)  
        {  
            return a+b;  
        }  
        public synchronized  int subtract(int a,int b)  
        {  
        return a-b;  
        }  
    }  
public class Ceshi{

public synchronized int add(int a,int b)

{

return a+b;

}

public synchronized int subtract(int a,int b)

{

return a-b;

}

}

2.synchronized修饰代码块

第一种:修饰普通对象即synchronized(obj),如string实例、其它类的实例。表示当多个线程访问同一个代码块时,如果obj相同,它们将会起到同步作用,同一时间只能允许一个线程执行,代码如下:

public class SynTest {  
        public static void main(String[] argv) {  
            new TestThread("12345678asdf").start();  
            new TestThread("12345678asdf").start();  
        }  
    public void loop(String random) {  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 传入的random:" + random);  
        synchronized (random) {  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行循环");  
            for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                System.out.println("thread name:"  
                        + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
            }  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " 执行循环结束");  
  
        }  
  
    }  
  
}  
class TestThread extends Thread {  
    private String name;  
  
    public TestThread(String name) {  
        super();  
        this.name = name;  
    }  
  
    public void run() {  
        SynTest syntest = new SynTest();  
        syntest.loop(name);  
    }  
  
}  

在上面代码中当第一个线程访问时,虽然线程2已经进入loop方法,但是由于它们传入的random相同,所以线程2将处于等待状态,当线程1执行完,线程2才能执行。下图是运行结果:

第二种:修饰类的字节码即synchronized(obj)中obj为某个类的class。虽然多个线程对该类的不同的实例上操作synchronized(class)修饰的代码块,但是同一时刻只允许一个线程访问。(即使synchronized(class)在不同的方法内,都会同步)。代码如下:

public class SynTest {  
    public static void main(String[] argv) {  
        SynTest syn1=new SynTest();  
        SynTest syn2=new SynTest();  
        new TestThread(syn1).start();  
        new TestThread(syn2).start();  
    }  
    public void loop() {  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());  
        synchronized (SynTest.class) {  
            System.out.println(" thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行循环");  
            for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                System.out.println("thread name:"  
                        + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
            }  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " 执行循环结束");  
  
        }  
  
    }  
  
      
}  
class TestThread extends Thread {  
    private SynTest syn;  
  
    public TestThread(SynTest syn) {  
        super();  
        this.syn = syn;  
    }  
  
    public void run() {  
        syn.loop();  
    }  
  
}  

 在上面代码中当第一个线程访问时,虽然线程2已经进入loop方法,虽然它们操作的不同的SynTest的实例,但是synchronized修饰的同一个类的字节码,所以线程2将处于等待状态,当线程1执行完,线程2才能执行。下图是运行结果:

是修饰的该方法。当线程1访问loop方法的synchronized (this)的代码块时,线程2将会处于等待状态。下面是运行结果:

3.synchronized修饰方法和代码块结合

synchronized修饰方法是作用在类的实例上,如果代码块也是修饰到改实例的话,他们就会达到互斥的效果。代码如下:

public class SynTest {  
    public static void main(String[] argv) {  
        SynTest syn1=new SynTest();  
        new TestThread(syn1).start();  
        new TestThread1(syn1).start();  
    }  
    //循环方法  
    public void loop() {  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());  
        synchronized (this) {  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行循环");  
            for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                System.out.println("thread name:"  
                        + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
            }  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " 执行循环结束");  
  
        }  
  
    }  
    //循环方法1  
    public synchronized void loop1() {  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());  
  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 开始执行循环");  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
        }  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 执行循环结束");  
  
    }  
  
}  
//测试线程  
class TestThread extends Thread {  
    private SynTest syn;  
  
    public TestThread(SynTest syn) {  
        super();  
        this.syn = syn;  
    }  
  
    public void run() {  
        syn.loop();  
    }  
  
}  
//测试线程1  
class TestThread1 extends Thread {  
    private SynTest syn;  
  
    public TestThread1(SynTest syn) {  
        super();  
        this.syn = syn;  
    }  
  
    public void run() {  
      
        syn.loop1();  
    }  
  
} 

从上面的代码中,我们可以看出在loop()方法中,修饰的是作用于SynTest实例的代码块(synchronized (this)),在loop1中synchronized是修饰的该方法。当线程1访问loop方法的synchronized (this)的代码块时,线程2将会处于等待状态。下面是运行结果:

3).使用场景

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。

二、ReentrantLock

1).介绍

在java.util.concurrent.lock 中的 Lock 框架是锁定的一个抽象,它允许把锁定的实现作为 Java 类,而不是作为语言的特性来实现。这就为 Lock 的多种实现留下了空间,各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。 ReentrantLock 类实现了 Lock ,它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义,但是添加了类似轮询锁、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外,它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。(换句话说,当许多线程都想访问共享资源时,JVM 可以花更少的时候来调度线程,把更多时间用在执行线程上。)

reentrant 锁意味着什么呢?简单来说,它有一个与锁相关的获取计数器,如果拥有锁的某个线程再次得到锁,那么获取计数器就加1,然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了 synchronized 的语义;如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块,就允许线程继续进行,当线程退出第二个(或者后续) synchronized 块的时候,不释放锁,只有线程退出它进入的监控器保护的第一个 synchronized 块时,才释放锁。

上面这一段是负责ibm网站上的描述,其实ReentrantLock是一个可重入的互斥锁,重入锁是一种递归无阻塞的同步机制。ReentrantLock由最近成功获取锁,还没有释放的线程所拥有,当锁被另一个线程拥有时,调用lock的线程可以成功获取锁。如果锁已经被当前线程拥有,当前线程会立即返回。

ReentrantLock可以等同于synchronized使用,但是比synchronized有更强的功能、可以提供更灵活的锁机制、同时减少死锁的发生概率。

2).使用

1.简单使用,使用下面的结构形式:

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    
    if (lock.tryLock()) {  //如果已经被lock,则立即返回false不会等待,达到忽略操作的效果     
        try {    
        //操作    
        } finally {    
        lock.unlock();    
        }    
    }   

我们按照上面的结构编写测试demo:

public class SynTest {  
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//乐观锁  
  
    public static void main(String[] argv) {  
        SynTest syn1 = new SynTest();  
        new TestThread(syn1).start();  
        new TestThread(syn1).start();  
    }  
  
    // 循环方法  
    public void loop() {  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());  
        lock.lock(); // 加锁  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 开始执行循环");  
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  
            System.out.println("thread name:"  
                    + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
        }  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 执行循环结束");  
  
        lock.unlock();//执行完成释放锁  
  
    }  
}  
// 测试线程  
class TestThread extends Thread {  
    private SynTest syn;  
  
    public TestThread(SynTest syn) {  
        super();  
        this.syn = syn;  
    }  
  
    public void run() {  
        syn.loop();  
    }  
}  

执行结果:


2.实际工作中使用:

上面的简单使用,不能很好在多线程互斥的条件下提高代码的并发性和高效性,下面我们以demo的形式给大家展示如果高效的使用。

import java.util.Map;  
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  
public class SynTest {  
    // 放并发锁的map  
    public static Map<String, Lock> currentACCount = new ConcurrentHashMap<String, Lock>();  
    // 放账户金额,本来应该放在数据库的,为了测试就放入map中  
    public static Map<String, Long> accountMoney = new ConcurrentHashMap<String, Long>();  
  
    public static void main(String[] argv) {  
        new TestThread("100001",100).start();  
        new TestThread("100001",10).start();  
        new TestThread("100002",100).start();  
        new TestThread("100002",-10).start();  
    }  
  
    /** 
     * 获取锁 
     *  
     * @param key 
     * @return 
     */  
    public static synchronized Lock getKey(String key) {  
        Lock obj = currentACCount.get(key);  
        if (obj == null) {  
            obj = new ReentrantLock();  
            currentACCount.put(key, obj);  
        }  
        System.out.println("获得key:" + key + ":" + obj);  
        return obj;  
    }  
  
    /** 
     * 修改账户金额 
     *  
     * @param account 
     *            账户 
     * @param money 
     *            金额 (单位:分) 
     */  
    public static void updateAccountMoney(String account, Long money) {  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 账号:" + account + ",money=" + money);  
        Lock lock = getKey(account);  
        //当锁已经被其它线程获取到,该线程将会处于等待状态  
        lock.lock();  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 账号:" + account + "获取到锁成功");  
        long oriAmount = accountMoney.get(account)==null?0:accountMoney.get(account);  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 账号:" + account + " 账户原金额:oriAmount=" + oriAmount);  
        long amount = oriAmount + money;  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 账号:" + account + " 更新后金额:amount=" + amount);  
        accountMoney.put(account, amount);  
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName()  
                + " 账号:" + account + "释放锁");  
        lock.unlock();  
    }  
  
}  
  
// 测试线程  
class TestThread extends Thread {  
    private String account;  
    private long money;  
  
    public TestThread(String account, long money) {  
        super();  
        this.account = account;  
        this.money = money;  
    }  
  
    public void run() {  
        SynTest.updateAccountMoney(account, money);  
    }  
  
}  

从demo中我们看到,我们将实现模拟多个线程对不同的账户的账户金额进行修改,然后重新保存。其中线程1、线程2是对账户100001进行操作,线程3、线程4对100002进行操作。它们在运行过程中只有线程1与线程2,线程3与线程4互斥,不同的账户同时操作是互不影响的,这样就能大大提高性能,也是推荐大家使用的方式,我们看一下运行结果:

thread name:Thread-3 账号:100002,money=-10  
thread name:Thread-2 账号:100002,money=100  
thread name:Thread-0 账号:100001,money=100  
thread name:Thread-1 账号:100001,money=10  
获得key:100002:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@7f5f5897[Unlocked]  
获得key:100001:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@4cb162d5[Unlocked]  
thread name:Thread-1 账号:100001获取到锁成功  
获得key:100001:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@4cb162d5[Locked by thread Thread-1]  
thread name:Thread-3 账号:100002获取到锁成功  
thread name:Thread-3 账号:100002 账户原金额:oriAmount=0  
thread name:Thread-3 账号:100002 更新后金额:amount=-10  
thread name:Thread-3 账号:100002释放锁  
thread name:Thread-1 账号:100001 账户原金额:oriAmount=0  
thread name:Thread-1 账号:100001 更新后金额:amount=10  
获得key:100002:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@7f5f5897[Locked by thread Thread-3]  
thread name:Thread-1 账号:100001释放锁  
thread name:Thread-2 账号:100002获取到锁成功  
thread name:Thread-2 账号:100002 账户原金额:oriAmount=-10  
thread name:Thread-2 账号:100002 更新后金额:amount=90  
thread name:Thread-0 账号:100001获取到锁成功  
thread name:Thread-2 账号:100002释放锁  
thread name:Thread-0 账号:100001 账户原金额:oriAmount=10  
thread name:Thread-0 账号:100001 更新后金额:amount=110  
thread name:Thread-0 账号:100001释放锁 

从结果中我们可以看出Thread-1在Thread-3还未释放对100002账号操作的锁时,获取到了对100001账户操作的锁,而Thread-2在Thread-3释放锁之后才获取到对100002账户操作的锁,Thread-0在Thread-1释放锁之后才获取到对100001账户操作的锁.所以看出效率比单个的lock效率高了很多。

3).使用场景

由于ReentrantLock但是当同步非常激烈的时候,还能维持常态。所以比较适合高并发的场景。

三、synchronized与ReentrantLock比较

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,因为在资源竞争不激烈的情形下,ReentrantLock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。

下面一段话摘自于IBM网站上的一篇文章,写的非常好,在此分享一下:

什么时候选择用 ReentrantLock 代替 synchronized?

既然如此,我们什么时候才应该使用 ReentrantLock 呢?答案非常简单 —— 在确实需要一些 synchronized 所没有的特性的时候,比如时间锁等候、可中断锁等候、无块结构锁、多个条件变量或者轮询锁。 ReentrantLock 还具有可伸缩性的好处,应当在高度争用的情况下使用它,但是请记住,大多数 synchronized 块几乎从来没有出现过争用,所以可以把高度争用放在一边。我建议用 synchronized 开发,直到确实证明 synchronized 不合适,而不要仅仅是假设如果使用 ReentrantLock “性能会更好”。请记住,这些是供高级用户使用的高级工具。(而且,真正的高级用户喜欢选择能够找到的最简单工具,直到他们认为简单的工具不适用为止。)。一如既往,首先要把事情做好,然后再考虑是不是有必要做得更快。

结束语:

Lock 框架是同步的兼容替代品,它提供了 synchronized 没有提供的许多特性,它的实现在争用下提供了更好的性能。但是,这些明显存在的好处,还不足以成为用 ReentrantLock 代替 synchronized 的理由。相反,应当根据您是否 需要 ReentrantLock 的能力来作出选择。大多数情况下,您不应当选择它 —— synchronized 工作得很好,可以在所有 JVM 上工作,更多的开发人员了解它,而且不太容易出错。只有在真正需要 Lock 的时候才用它。在这些情况下,您会很高兴拥有这款工具。

https://blog.csdn.net/u012454898/article/details/53027893

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