Java同步鎖——lock與synchronized 的區別【轉】

在網上看來不少關於同步鎖的博文，記錄下來方便之後閱讀

 

1、Lock和synchronized有如下幾點不一樣：

　　1）Lock是一個接口，而synchronized是Java中的關鍵字，synchronized是內置的語言實現，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；

　　2）synchronized在發生異常時，會自動釋放線程佔有的鎖，所以不會致使死鎖現象發生；而Lock在發生異常時，若是沒有主動經過unLock()去釋放鎖，則極可能形成死鎖現象，所以使用Lock時須要在finally塊中釋放鎖；

　　3）Lock可讓等待鎖的線程響應中斷，線程能夠中斷去幹別的事務，而synchronized卻不行，使用synchronized時，等待的線程會一直等待下去，不可以響應中斷；

　　4）經過Lock能夠知道有沒有成功獲取鎖，而synchronized卻沒法辦到。

　　5）Lock能夠提升多個線程進行讀操做的效率。

　　在性能上來講，若是競爭資源不激烈，二者的性能是差很少的，而當競爭資源很是激烈時（即有大量線程同時競爭），此時Lock的性能要遠遠優於synchronized。因此說，在具體使用時要根據適當狀況選擇。

 

舉個例子：當有多個線程讀寫文件時，讀操做和寫操做會發生衝突現象，寫操做和寫操做會發生衝突現象，可是讀操做和讀操做不會發生衝突現象。

　　可是採用synchronized關鍵字來實現同步的話，就會致使一個問題：

　　若是多個線程都只是進行讀操做，因此當一個線程在進行讀操做時，其餘線程只能等待沒法進行讀操做。

　　所以就須要一種機制來使得多個線程都只是進行讀操做時，線程之間不會發生衝突，經過Lock就能夠辦到。

　　另外，經過Lock能夠知道線程有沒有成功獲取到鎖。這個是synchronized沒法辦到的

 

 

 

2、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

 

 

 

3、下面咱們就來探討一下java.util.concurrent.locks包中經常使用的類和接口。

　　1.Lock

　　首先要說明的就是Lock，經過查看Lock的源碼可知，Lock是一個接口：

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public  interface  Lock {      void  lock();      void  lockInterruptibly()  throws  InterruptedException;      boolean  tryLock();      boolean  tryLock( long  time, TimeUnit unit)  throws  InterruptedException;      void  unlock();      Condition newCondition(); }

 　　下面來逐個講述Lock接口中每一個方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。newCondition()這個方法暫且不在此講述，會在後面的線程協做一文中講述。

　　在Lock中聲明瞭四個方法來獲取鎖，那麼這四個方法有何區別呢？

　　首先lock()方法是日常使用得最多的一個方法，就是用來獲取鎖。若是鎖已被其餘線程獲取，則進行等待。

　　因爲在前面講到若是採用Lock，必須主動去釋放鎖，而且在發生異常時，不會自動釋放鎖。所以通常來講，使用Lock必須在try{}catch{}塊中進行，而且將釋放鎖的操做放在finally塊中進行，以保證鎖必定被被釋放，防止死鎖的發生。一般使用Lock來進行同步的話，是如下面這種形式去使用的：

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Lock lock = ...; lock.lock(); try {      //處理任務 } catch (Exception ex){       } finally {      lock.unlock();    //釋放鎖 }

　　tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，若是獲取成功，則返回true，若是獲取失敗（即鎖已被其餘線程獲取），則返回false，也就說這個方法不管如何都會當即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。

　　tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是相似的，只不過區別在於這個方法在拿不到鎖時會等待必定的時間，在時間期限以內若是還拿不到鎖，就返回false。若是若是一開始拿到鎖或者在等待期間內拿到了鎖，則返回true。

　　因此，通常狀況下經過tryLock來獲取鎖時是這樣使用的：

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Lock lock = ...; if (lock.tryLock()) {       try {           //處理任務       } catch (Exception ex){                 } finally {           lock.unlock();    //釋放鎖       }  } else  {      //若是不能獲取鎖，則直接作其餘事情 }

 　　lockInterruptibly()方法比較特殊，當經過這個方法去獲取鎖時，若是線程正在等待獲取鎖，則這個線程可以響應中斷，即中斷線程的等待狀態。也就使說，當兩個線程同時經過lock.lockInterruptibly()想獲取某個鎖時，倘若此時線程A獲取到了鎖，而線程B只有在等待，那麼對線程B調用threadB.interrupt()方法可以中斷線程B的等待過程。

　　因爲lockInterruptibly()的聲明中拋出了異常，因此lock.lockInterruptibly()必須放在try塊中或者在調用lockInterruptibly()的方法外聲明拋出InterruptedException。

　　所以lockInterruptibly()通常的使用形式以下：

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public  void  method()  throws  InterruptedException {      lock.lockInterruptibly();      try  {         //.....      }      finally  {          lock.unlock();      }   }

　　注意，當一個線程獲取了鎖以後，是不會被interrupt()方法中斷的。由於自己在前面的文章中講過單獨調用interrupt()方法不能中斷正在運行過程當中的線程，只能中斷阻塞過程當中的線程。

　　所以當經過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時，若是不能獲取到，只有進行等待的狀況下，是能夠響應中斷的。

　　而用synchronized修飾的話，當一個線程處於等待某個鎖的狀態，是沒法被中斷的，只有一直等待下去。

　　2.ReentrantLock

　　ReentrantLock，意思是「可重入鎖」，關於可重入鎖的概念在下一節講述。ReentrantLock是惟一實現了Lock接口的類，而且ReentrantLock提供了更多的方法。下面經過一些實例看具體看一下如何使用ReentrantLock。

　　例子1，lock()的正確使用方法

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public  class  Test {      private  ArrayList<Integer> arrayList =  new  ArrayList<Integer>();      public  static  void  main(String[] args)  {          final  Test test =  new  Test();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.insert(Thread.currentThread());              };          }.start();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.insert(Thread.currentThread());              };          }.start();      }              public  void  insert(Thread thread) {          Lock lock =  new  ReentrantLock();     //注意這個地方          lock.lock();          try  {              System.out.println(thread.getName()+ "獲得了鎖" );              for ( int  i= 0 ;i< 5 ;i++) {                  arrayList.add(i);              }          }  catch  (Exception e) {              // TODO: handle exception          } finally  {              System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" );              lock.unlock();          }      } }

 　　各位朋友先想一下這段代碼的輸出結果是什麼？

  View Code

　　也許有朋友會問，怎麼會輸出這個結果？第二個線程怎麼會在第一個線程釋放鎖以前獲得了鎖？緣由在於，在insert方法中的lock變量是局部變量，每一個線程執行該方法時都會保存一個副本，那麼理所固然每一個線程執行到lock.lock()處獲取的是不一樣的鎖，因此就不會發生衝突。

　　知道了緣由改起來就比較容易了，只須要將lock聲明爲類的屬性便可。

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public  class  Test {      private  ArrayList<Integer> arrayList =  new  ArrayList<Integer>();      private  Lock lock =  new  ReentrantLock();     //注意這個地方      public  static  void  main(String[] args)  {          final  Test test =  new  Test();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.insert(Thread.currentThread());              };          }.start();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.insert(Thread.currentThread());              };          }.start();      }              public  void  insert(Thread thread) {          lock.lock();          try  {              System.out.println(thread.getName()+ "獲得了鎖" );              for ( int  i= 0 ;i< 5 ;i++) {                  arrayList.add(i);              }          }  catch  (Exception e) {              // TODO: handle exception          } finally  {              System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" );              lock.unlock();          }      } }

 　　這樣就是正確地使用Lock的方法了。

　　例子2，tryLock()的使用方法

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public  class  Test {      private  ArrayList<Integer> arrayList =  new  ArrayList<Integer>();      private  Lock lock =  new  ReentrantLock();     //注意這個地方      public  static  void  main(String[] args)  {          final  Test test =  new  Test();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.insert(Thread.currentThread());              };          }.start();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.insert(Thread.currentThread());              };          }.start();      }              public  void  insert(Thread thread) {          if (lock.tryLock()) {              try  {                  System.out.println(thread.getName()+ "獲得了鎖" );                  for ( int  i= 0 ;i< 5 ;i++) {                      arrayList.add(i);                  }              }  catch  (Exception e) {                  // TODO: handle exception              } finally  {                  System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" );                  lock.unlock();              }          }  else  {              System.out.println(thread.getName()+ "獲取鎖失敗" );          }      } }

 　　輸出結果：

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　　例子3，lockInterruptibly()響應中斷的使用方法：

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public  class  Test {      private  Lock lock =  new  ReentrantLock();         public  static  void  main(String[] args)  {          Test test =  new  Test();          MyThread thread1 =  new  MyThread(test);          MyThread thread2 =  new  MyThread(test);          thread1.start();          thread2.start();                    try  {              Thread.sleep( 2000 );          }  catch  (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();          }          thread2.interrupt();      }              public  void  insert(Thread thread)  throws  InterruptedException{          lock.lockInterruptibly();    //注意，若是須要正確中斷等待鎖的線程，必須將獲取鎖放在外面，而後將InterruptedException拋出          try  {                System.out.println(thread.getName()+ "獲得了鎖" );              long  startTime = System.currentTimeMillis();              for (    ;     ;) {                  if (System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)                      break ;                  //插入數據              }          }          finally  {              System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "執行finally" );              lock.unlock();              System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" );          }        } }   class  MyThread  extends  Thread {      private  Test test =  null ;      public  MyThread(Test test) {          this .test = test;      }      @Override      public  void  run() {                    try  {              test.insert(Thread.currentThread());          }  catch  (InterruptedException e) {              System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "被中斷" );          }      } }

　　運行以後，發現thread2可以被正確中斷。

　　3.ReadWriteLock

　　ReadWriteLock也是一個接口，在它裏面只定義了兩個方法：

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public  interface  ReadWriteLock {      /**       * Returns the lock used for reading.       *       * @return the lock used for reading.       */      Lock readLock();        /**       * Returns the lock used for writing.       *       * @return the lock used for writing.       */      Lock writeLock(); }

 　　一個用來獲取讀鎖，一個用來獲取寫鎖。也就是說將文件的讀寫操做分開，分紅2個鎖來分配給線程，從而使得多個線程能夠同時進行讀操做。下面的ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口。

　　4.ReentrantReadWriteLock

　　ReentrantReadWriteLock裏面提供了不少豐富的方法，不過最主要的有兩個方法：readLock()和writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。

　　下面經過幾個例子來看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。

　　假若有多個線程要同時進行讀操做的話，先看一下synchronized達到的效果：

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public  class  Test {      private  ReentrantReadWriteLock rwl =  new  ReentrantReadWriteLock();            public  static  void  main(String[] args)  {          final  Test test =  new  Test();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.get(Thread.currentThread());              };          }.start();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.get(Thread.currentThread());              };          }.start();                }              public  synchronized  void  get(Thread thread) {          long  start = System.currentTimeMillis();          while (System.currentTimeMillis() - start <=  1 ) {              System.out.println(thread.getName()+ "正在進行讀操做" );          }          System.out.println(thread.getName()+ "讀操做完畢" );      } }

 　　這段程序的輸出結果會是，直到thread1執行完讀操做以後，纔會打印thread2執行讀操做的信息。

  View Code

　　而改爲用讀寫鎖的話：

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public  class  Test {      private  ReentrantReadWriteLock rwl =  new  ReentrantReadWriteLock();            public  static  void  main(String[] args)  {          final  Test test =  new  Test();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.get(Thread.currentThread());              };          }.start();                    new  Thread(){              public  void  run() {                  test.get(Thread.currentThread());              };          }.start();                }              public  void  get(Thread thread) {          rwl.readLock().lock();          try  {              long  start = System.currentTimeMillis();                            while (System.currentTimeMillis() - start <=  1 ) {                  System.out.println(thread.getName()+ "正在進行讀操做" );              }              System.out.println(thread.getName()+ "讀操做完畢" );          }  finally  {              rwl.readLock().unlock();          }      } }

 　　此時打印的結果爲：

  View Code

　　說明thread1和thread2在同時進行讀操做。

　　這樣就大大提高了讀操做的效率。

　　不過要注意的是，若是有一個線程已經佔用了讀鎖，則此時其餘線程若是要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。

　　若是有一個線程已經佔用了寫鎖，則此時其餘線程若是申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。

　　關於ReentrantReadWriteLock類中的其餘方法感興趣的朋友能夠自行查閱API文檔。