多線程之：lock和synchronized的區別

屢次思考過這個問題，都沒有造成理論，今天有時間了，我把他總結出來，但願對你們有所幫助

 

 

一、ReentrantLock 擁有Synchronized相同的併發性和內存語義，此外還多了 鎖投票，定時鎖等候和中斷鎖等候

     線程A和B都要獲取對象O的鎖定，假設A獲取了對象O鎖，B將等待A釋放對O的鎖定，

     若是使用 synchronized ，若是A不釋放，B將一直等下去，不能被中斷

     若是 使用ReentrantLock，若是A不釋放，可使B在等待了足夠長的時間之後，中斷等待，而幹別的事情

 

    ReentrantLock獲取鎖定與三種方式：
    a)  lock(), 若是獲取了鎖當即返回，若是別的線程持有鎖，當前線程則一直處於休眠狀態，直到獲取鎖

    b) tryLock(), 若是獲取了鎖當即返回true，若是別的線程正持有鎖，當即返回false；

    c)tryLock(long timeout,TimeUnit unit)，   若是獲取了鎖定當即返回true，若是別的線程正持有鎖，會等待參數給定的時間，在等待的過程當中，若是獲取了鎖定，就返回true，若是等待超時，返回false；

    d) lockInterruptibly:若是獲取了鎖定當即返回，若是沒有獲取鎖定，當前線程處於休眠狀態，直到或者鎖定，或者當前線程被別的線程中斷

 

二、synchronized是在JVM層面上實現的，不但能夠經過一些監控工具監控synchronized的鎖定，並且在代碼執行時出現異 常，JVM會自動釋放鎖定，可是使用Lock則不行，lock是經過代碼實現的，要保證鎖定必定會被釋放，就必須將unLock()放到 finally{}中

 

三、在資源競爭不是很激烈的狀況下，Synchronized的性能要優於ReetrantLock，可是在資源競爭很激烈的狀況下，Synchronized的性能會降低幾十倍，可是ReetrantLock的性能能維持常態；

 

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 = 35301694
Lock = 56255753
Atom = 43467535
==========================
round:200000 thread:10
Sync = 110514604
Lock = 204235455
Atom = 170535361
==========================
round:300000 thread:15
Sync = 253123791
Lock = 448577123
Atom = 362797227
==========================
round:400000 thread:20
Sync = 16562148262
Lock = 846454786
Atom = 667947183
==========================
round:500000 thread:25
Sync = 26932301731
Lock = 1273354016
Atom = 982564544

package test.thread;

import static java.lang.System.out;

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);
            out.println("==========================");
            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
    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;
        out.println(id+" = "+duration);

    }

}