java併發編程 - Lock與synchronized

時間 2019-11-11

標籤 java 併發編程 lock synchronized 欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

1. ReentrantLock擁有與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。html

     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獲取鎖定有三種方式：java

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，直到獲取鎖程序員

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；安全

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；多線程

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併發

2. 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。dom

3. (下面內容是轉載 http://zzhonghe.iteye.com/blog/826162)ide

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。工具

    synchronized：    在資源競爭不是很激烈的狀況下，偶爾有同步的情形下，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:     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靈活性和伸縮性更好，可是若是用的很差，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.性能

（其中：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

代碼以下：

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);
    }   
}

synchronized的使用場景：

兩個線程，一個打印1-100的奇數，一個打印1-100的偶數；要求：線程1打印5個以後，線程2開始打印，線程2打印5個以後，線程1再開始打印，以此循環。

public class Test 
{  
    //state==1表示線程1開始打印，state==2表示線程2開始打印  
    private static int state = 1;  
      
    private static int num1 = 1;  
    private static int num2 = 2;  
      
    public static void main(String[] args)
    {  
        final Test t = new Test();  
        new Thread(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                while(num1<100){  
                    //兩個線程都用t對象做爲鎖，保證每一個交替期間只有一個線程在打印  
                    synchronized (t) {  
                        // 若是state!=1, 說明此時還沒有輪到線程1打印, 線程1將調用t的wait()方法, 直到下次被喚醒  
                        if(state!=1){  
                            try {  
                                t.wait();  
                            } catch (InterruptedException e) {  
                                e.printStackTrace();  
                            }  
                        }  
                         // 當state=1時, 輪到線程1打印5次數字  
                        for(int j=0; j<5; j++){  
                            System.out.println(num1);  
                            num1 += 2;  
                        }  
                        // 線程1打印完成後, 將state賦值爲2, 表示接下來將輪到線程2打印  
                        state = 2;  
                        // notifyAll()方法喚醒在t上wait的線程2, 同時線程1將退出同步代碼塊, 釋放t鎖  
                        t.notifyAll();  
                    }  
                }  
            }  
        }).start();  
          
        new Thread(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                while(num2<100){  
                    synchronized (t) {  
                        if(state!=2){  
                            try {  
                                t.wait();  
                            } catch (InterruptedException e) {  
                                e.printStackTrace();  
                            }  
                        }  
                        for(int j=0; j<5; j++){  
                            System.out.println(num2);  
                            num2 += 2;  
                        }  
                        state = 1;  
                        t.notifyAll();  
                    }  
                }  
            }  
        }).start();  
    }  
  
}