ReentrantLock和Synchronized的区别和原理

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ReentrantLock和Synchronized的区别:

相似点:

两个都是可重入锁,它们都是加锁方式同步,而且都是阻塞式的同步,也就是说当如果一个线程获得了对象锁,进入了同步块,其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待,而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的(操作系统需要在用户态与内核态之间来回切换,代价很高,不过可以通过对锁优化进行改善)。

功能区别:

相同点:

             1.它们都是加锁方式同步;

              2.都是重入锁;

             3. 阻塞式的同步;也就是说当如果一个线程获得了对象锁,进入了同步块,其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待,而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的(操作系统需要在用户态与内核态之间来回切换,代价很高,不过可以通过对锁优化进行改善);      

不同点:

Synchronized原理:
Synchronized进过编译,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时,首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定,或者当前线程已经拥有了那个对象锁,把锁的计算器加1,相应的,在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1,当计算器为0时,锁就被释放了。如果获取对象锁失败,那当前线程就要阻塞,直到对象锁被另一个线程释放为止。

monitorenter :

每个对象有一个监视器锁(monitor)。当monitor被占用时就会处于锁定状态,线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权,过程如下:

1、如果monitor的进入数为0,则该线程进入monitor,然后将进入数设置为1,该线程即为monitor的所有者。

2、如果线程已经占有该monitor,只是重新进入,则进入monitor的进入数加1.

3.如果其他线程已经占用了monitor,则该线程进入阻塞状态,直到monitor的进入数为0,再重新尝试获取monitor的所有权。

monitorexit:

执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。

指令执行时,monitor的进入数减1,如果减1后进入数为0,那线程退出monitor,不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

详细参考这个博主写的,很详细:https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72828483

ReentrantLock
由于ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥锁,相比Synchronized,ReentrantLock类提供了一些高级功能,主要有以下3项:

        1.等待可中断,持有锁的线程长期不释放的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。

        2.公平锁,多个线程等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序获得锁,Synchronized锁非公平锁,ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁,可以通过参数true设为公平锁,但公平锁表现的性能不是很好。

公平锁、非公平锁的创建方式:

//创建一个非公平锁,默认是非公平锁Lock lock = new ReentrantLock();Lock lock = new ReentrantLock(false); //创建一个公平锁,构造传参trueLock lock = new ReentrantLock(true);

        3.锁绑定多个条件,一个ReentrantLock对象可以同时绑定对个对象。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。

ReenTrantLock实现的原理:
CAS+CLH队列来实现。它支持公平锁和非公平锁,两者的实现类似。

CAS:Compare and Swap,比较并交换。CAS有3个操作数:内存值V、预期值A、要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。该操作是一个原子操作,被广泛的应用在Java的底层实现中。在Java中,CAS主要是由sun.misc.Unsafe这个类通过JNI调用CPU底层指令实现。

CLH队列:带头结点的双向非循环链表

AbstractQueuedSynchronizer

ReentrantLock实现的前提就是AbstractQueuedSynchronizer,简称AQS,是java.util.concurrent的核心,CountDownLatch、FutureTask、Semaphore、ReentrantLock等都有一个内部类是这个抽象类的子类。先用两张表格介绍一下AQS。第一个讲的是Node,由于AQS是基于FIFO队列的实现,因此必然存在一个个节点,Node就是一个节点,Node里面有:

看完了Node,下面再看一下AQS中有哪些变量和方法:

  

ReentrantLock锁的架构

ReentrantLoc的架构相对简单,主要包括一个Sync的内部抽象类以及Sync抽象类的两个实现类。上面已经说过了Sync继承自AQS,他们的结构示意图如下:

ReentrantLock根据传入构造方法的布尔型参数实例化出Sync的实现类FairSync和NonfairSync,分别表示公平的Sync和非公平的Sync。由于ReentrantLock我们用的比较多的是非公平锁,所以看下非公平锁是如何实现的。假设线程1调用了ReentrantLock的lock()方法,那么线程1将会独占锁,整个调用链十分简单:

 

第一个获取锁的线程就做了两件事情:

1、设置AbstractQueuedSynchronizer的state为1

2、设置AbstractOwnableSynchronizer的thread为当前线程

这两步做完之后就表示线程1独占了锁。然后线程2也要尝试获取同一个锁,在线程1没有释放锁的情况下必然是行不通的,所以线程2就要阻塞。那么,线程2如何被阻塞?看下线程2的方法调用链,这就比较复杂了:

参考:https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4979021.html

https://blog.csdn.net/u011194983/article/details/79932650

 
 


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