各類同步方法性能比較(synchronized,ReentrantLock,Atomic)

5.0的多線程任務包對於同步的性能方面有了很大的改進，在原有synchronized關鍵字的基礎上，又增長了ReentrantLock，以及各類Atomic類。瞭解其性能的優劣程度，有助與咱們在特定的情形下作出正確的選擇。

整體的結論先擺出來： 

synchronized：
在資源競爭不是很激烈的狀況下，偶爾會有同步的情形下，synchronized是很合適的。緣由在於，編譯程序一般會盡量的進行優化synchronize，另外可讀性很是好，無論用沒用過5.0多線程包的程序員都能理解。

ReentrantLock:
ReentrantLock提供了多樣化的同步，好比有時間限制的同步，能夠被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在資源競爭不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差點點。可是當同步很是激烈的時候，synchronized的性能一會兒能降低好幾十倍。而ReentrantLock確還能維持常態。

Atomic:
和上面的相似，不激烈狀況下，性能比synchronized略遜，而激烈的時候，也能維持常態。激烈的時候，Atomic的性能會優於ReentrantLock一倍左右。可是其有一個缺點，就是隻能同步一個值，一段代碼中只能出現一個Atomic的變量，多於一個同步無效。由於他不能在多個Atomic之間同步。


因此，咱們寫同步的時候，優先考慮synchronized，若是有特殊須要，再進一步優化。ReentrantLock和Atomic若是用的很差，不只不能提升性能，還可能帶來災難。

先貼測試結果：再貼代碼（Atomic測試代碼不許確，一個同步中只能有1個Actomic，這裏用了2個，可是這裏的測試只看速度） 
==========================
round:100000 thread:5
Sync  = 96515266
Lock  = 25434694
Atom = 22142464
==========================
round:200000 thread:10
Sync  = 363174894
Lock  = 92003568
Atom = 60405932
==========================
round:300000 thread:15
Sync  = 954456020
Lock  = 184936307
Atom = 141182490
==========================
round:400000 thread:20
Sync  = 1439020073
Lock  = 372073298
Atom = 328126317
==========================
round:500000 thread:25
Sync  = 2807426174
Lock  = 550143645
Atom = 427540885

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestSyncMethods {
	
	public static void test(int round,int threadNum,CyclicBarrier cyclicBarrier){
		new SyncTest("Sync",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
		new LockTest("Lock",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
		new AtomicTest("Atom",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
	}

	public static void main(String args[]){
		
		for(int i=0;i<5;i++){
			int round=100000*(i+1);
			int threadNum=5*(i+1);
			CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(threadNum*2+1);
			System.out.println("==========================");
			System.out.println("round:"+round+" thread:"+threadNum);
			test(round,threadNum,cb);
			
		}
	}
}

class SyncTest extends TestTemplate{
	public SyncTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		super( _id, _round, _threadNum, _cb);
	}
//	@Override
	/**
	 * synchronized關鍵字不在方法簽名裏面，因此不涉及重載問題
	 */
	synchronized long  getValue() {
		return super.countValue;
	}
//	@Override
	synchronized void  sumValue() {
		super.countValue+=preInit[index++%round];
	}
}


class LockTest extends TestTemplate{
	ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
	public LockTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		super( _id, _round, _threadNum, _cb);
	}
	/**
	 * synchronized關鍵字不在方法簽名裏面，因此不涉及重載問題
	 */
//	@Override
//	@Override
	long getValue() {
		try{
			lock.lock();
			return super.countValue;
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
//	@Override
	void sumValue() {
		try{
			lock.lock();
			super.countValue+=preInit[index++%round];
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
}


class AtomicTest extends TestTemplate{
	public AtomicTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		super( _id, _round, _threadNum, _cb);
	}
//	@Override
	/**
	 * synchronized關鍵字不在方法簽名裏面，因此不涉及重載問題
	 */
    long  getValue() {
		return super.countValueAtmoic.get();
	}
//	@Override
	void  sumValue() {
		super.countValueAtmoic.addAndGet(super.preInit[indexAtomic.get()%round]);
	}
}

abstract class TestTemplate{
	private String id;
	protected int round;
	private int threadNum;
	protected long countValue;
	protected AtomicLong countValueAtmoic=new AtomicLong(0);
	protected int[] preInit;
	protected int index;
	protected AtomicInteger indexAtomic=new AtomicInteger(0);
	Random r=new Random(47);
	//任務柵欄，同批任務，先到達wait的任務掛起，一直等到所有任務到達制定的wait地點後，才能所有喚醒，繼續執行
	private CyclicBarrier cb;
	public TestTemplate(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		this.id=_id;
		this.round=_round;
		this.threadNum=_threadNum;
		cb=_cb;
		preInit=new int[round];
		for(int i=0;i<preInit.length;i++){
			preInit[i]=r.nextInt(100);
		}
	}
	
	abstract void sumValue();
	/*
	 * 對long的操做是非原子的，原子操做只針對32位
	 * long是64位，底層操做的時候分2個32位讀寫，所以不是線程安全
	 */
	abstract long getValue();

	public void testTime(){
		ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool();
		long start=System.nanoTime();
		//同時開啓2*ThreadNum個數的讀寫線程
		for(int i=0;i<threadNum;i++){
			se.execute(new Runnable(){
				public void run() {
					for(int i=0;i<round;i++){
						sumValue();
					}

					//每一個線程執行完同步方法後就等待
					try {
						cb.await();
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					} catch (BrokenBarrierException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}


				}
			});
			se.execute(new Runnable(){
				public void run() {

					getValue();
					try {
						//每一個線程執行完同步方法後就等待
						cb.await();
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					} catch (BrokenBarrierException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}

				}
			});
		}
		
		try {
			//當前統計線程也wait,因此CyclicBarrier的初始值是threadNum*2+1
			cb.await();
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (BrokenBarrierException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		//全部線程執行完成以後，纔會跑到這一步
		long duration=System.nanoTime()-start;
		System.out.println(id+" = "+duration);
		
	}

}

 

另外看一下synchronized對性能的影響有多大:

class SyncTest {
	private static Object lock = new Object();  
	public static void main(String[] args) {
		for (int k = 0; k < 10; k++) {
			long start = System.currentTimeMillis();
			for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
				synchronized (lock) {
					int i = 1;
				}
			}
			System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);

			start = System.currentTimeMillis();
			for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
				int i = 1;
			}
			System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
		}

	}
}

運行結果:

301
4
307
5
297
5
290
4
295
3
296
4
302
4
296
4
299
4
294
4