java多線程詳解(4)-多線程同步技術與lock

前言：本篇文章是對Synchronized和java.util.concurrent.locks.Lock的區別進行了詳細的分析介紹

上一篇文章末最後介紹了synchronized的一些缺陷，本文主要介紹lock對象與synchronized的不一樣點

lock與synchronized比較

主要相同點：Lock能完成Synchronized所實現的全部功能。
主要不一樣點：Lock有比Synchronized更精確的線程予以和更好的性能。

Synchronized會自動釋放鎖，

可是Lock必定要求程序員手工釋放，而且必須在finally從句中釋放。
synchronized 修飾方法時 表示同一個對象在不一樣的線程中 表現爲同步隊列
若是實例化不一樣的對象 那麼synchronized就不會出現同步效果了。

1.對象的鎖 
全部對象都自動含有單一的鎖。 
JVM負責跟蹤對象被加鎖的次數。若是一個對象被解鎖，其計數變爲0。在任務（線程）第一次給對象加鎖的時候，計數變爲1。

每當這個相同的任務（線程）在此對象上得到鎖時，計數會遞增。 
只有首先得到鎖的任務（線程）才能繼續獲取該對象上的多個鎖。 
每當任務離開一個synchronized方法，計數遞減，當計數爲0的時候，鎖被徹底釋放，此時別的任務就可使用此資源。 

爲了講清楚Synchronized與lock的區別，請看下面一段僞代碼

 

//內部類
Class UserServiceTest { public static User user=null;
　　

　　//synchronized修飾的成員方法 public synchronized void save(User u) 　　{ user=u; Dao.saveUser(user) 　　} }

若是第一個線程執行以下代碼

UserServiceTest test=new UserServiceTest(); User user=new User(); user.setUsername("zhangsan"); user.setPassword("123456"); test.save(user);

此時若是第二個線程執行以下代碼

UserServiceTest test2=new UserServiceTest(); User user=new User(); user.setUsername("lisi"); user.setPassword("000000"); test2.save(user);

那麼 如今線程1 和線程2同時啓動 若是對象new的不是同一個Test
那麼出現線程交叉的話 那麼插入數據庫中的數據就是相同的
由於你的user變量時靜態的   你給他賦值第一次 假如尚未save的時候
另一個線程改變了user的值 那麼第一個線程插入時也就是第二次賦予的值了

因此要實現同步 那麼能夠改方法爲靜態的就能達到同步的效果了

 

public static synchronized void save(User u) 　　{ user=u; Dao.saveUser(user) 　　}

 

修改成static的方法是存在於堆中
是全局方法 針對於全部實例化與未 實例化的對象只存在一個 因此會出現同步隊列
固然不用static 也能夠 那就用lock

/** * 使用lock鎖 */ Class UserServiceTest1 { public static User user=null; Lock lock=new ReentrantLock(); //使用lock對象鎖
public void save(User u) { try{ lock.lock(); user=u; Dao.save(user); catch(Exception e){ } //必定要調用lock.unlock()釋放鎖
     finally{ lock.unlock(); } } }

這樣不管你new多少個對象都會是線程同步的，同事lock性能高於synchronized，

可是使用時必定要手動關閉鎖

代碼解析

1.Lock接口

首先要說明的就是Lock，經過查看Lock的源碼

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

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。

在Lock中聲明瞭四個方法來獲取鎖，有什麼區別?

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，並在finally塊釋放鎖，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：

Lock lock = new ReentrantLock(); 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須要多加一層判斷

Lock lock = new ReentrantLock(); 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 }

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。

package com.cary.base.thread; import java.util.ArrayList; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * lock鎖的應用 * @author cary * @date 2015-8-24-下午5:01:45 * @version 1.0.0 */
public class LockTest { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); public static void main(String[] args) { final LockTest test = new LockTest(); /** * 建立第一個線程 */
        new Thread(new Runnable() { public void run() { test.getLock(Thread.currentThread()); } }).start(); /** * 建立第二個線程 */
        new Thread() { public void run() { test.getLock(Thread.currentThread()); }; }.start(); } /** * 得到鎖 * * @param thread */
    public void getLock(Thread thread) { /** * 實例化鎖對象 */ Lock lock = new ReentrantLock(); 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) { } finally { System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖"); lock.unlock(); } } }

運行結果

Thread-0獲得了鎖 Thread-1獲得了鎖 Thread-1釋放了鎖 Thread-0釋放了鎖

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getLock()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。

package com.cary.base.thread; import java.util.ArrayList; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * lock鎖的應用 * * @author cary * @date 2015-8-24-下午5:01:45 * @version 1.0.0 */
public class LockTest2 { private Lock lock = new ReentrantLock(); private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); public static void main(String[] args) { final LockTest2 test = new LockTest2(); /** * 建立第一個線程 */
        new Thread(new Runnable() { public void run() { test.getLock(Thread.currentThread()); } }).start(); /** * 建立第二個線程 */
        new Thread() { public void run() { test.getLock(Thread.currentThread()); }; }.start(); } /** * 得到鎖 * * @param thread */
    public void getLock(Thread thread) { /** * 實例化鎖對象 */
        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) { } finally { System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖"); lock.unlock(); } } }

輸出結果

Thread-1獲得了鎖 Thread-1釋放了鎖 Thread-0獲得了鎖 Thread-0釋放了鎖

由輸出可知：同一時刻只有一個線程能夠得到鎖。

3.ReadWriteLock

ReadWriteLock也是一個接口，在它裏面只定義了兩個方法：

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(); }

readLock()獲取讀鎖，writeLock()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：

/** * synchronized讀寫鎖效果 * * @author cary * @date 2015-8-24-下午5:18:14 * @version 1.0.0 */
public class SynchronizedLock { public static void main(String[] args) { final SynchronizedLock test = new SynchronizedLock(); /** * 第一個線程 */
        new Thread(new Runnable() { public void run() { test.get(Thread.currentThread()); } }).start(); /** * 第二個線程 */
        new Thread(new Runnable() { public void run() { test.get(Thread.currentThread()); } }).start(); } /** * synchronized成員方法鎖成 * * @param thread */
    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"); } }

輸出結果：

Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0讀操做完畢 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1讀操做完畢

這段程序的輸出結果會是，直到thread0執行完讀操做以後，纔會打印thread1執行讀操做的信息

總之一個線程執行完以後另外一個線程纔開始執行。

而改爲用讀寫鎖的話

package com.cary.base.thread; import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; /** * 讀寫鎖測試。 * * @author cary * @date 2015-8-24-下午5:27:50 * @version 1.0.0 */
public class ReadWriteLockTest { private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); public static void main(String[] args) { final ReadWriteLockTest test = new ReadWriteLockTest(); /** * 線程1 */
        new Thread(new Runnable() { public void run() { test.get(Thread.currentThread()); } }).start(); /** * 線程2 */
        new Thread() { public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } /** * 使用讀寫鎖使用 * * * @param thread */
    public void get(Thread thread) { rwl.readLock().lock(); try { long start = System.currentTimeMillis(); while (System.currentTimeMillis() - start <= 0.5) { 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(); } } }

執行結果：

Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-0正在進行讀操做 Thread-1正在進行讀操做 Thread-1讀操做完畢 Thread-0正在進行讀操做 Thread-0讀操做完畢

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。

5.Lock和synchronized的選擇

總結來講，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；

(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，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。

總結：

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。

鎖的相關概念介紹

1.可重入鎖

　　若是鎖具有可重入性，則稱做爲可重入鎖。像synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖，可重入性在我看來實際上代表了鎖的分配機制：基於線程的分配，而不是基於方法調用的分配。舉個簡單的例子，當一個線程執行到某個synchronized方法時，好比說method1，而在method1中會調用另一個synchronized方法method2，此時線程沒必要從新去申請鎖，而是能夠直接執行方法method2。

看下面這段代碼就明白了：

class MyClass { public synchronized void method1() { method2(); } public synchronized void method2() { } }

上述代碼中的兩個方法method1和method2都用synchronized修飾了，假如某一時刻，線程A執行到了method1，此時線程A獲取了這個對象的鎖，而因爲method2也是synchronized方法，假如synchronized不具有可重入性，此時線程A須要從新申請鎖。可是這就會形成一個問題，由於線程A已經持有了該對象的鎖，而又在申請獲取該對象的鎖，這樣就會線程A一直等待永遠不會獲取到的鎖。

而因爲synchronized和Lock都具有可重入性，因此不會發生上述現象。

2.可中斷鎖

可中斷鎖：顧名思義，就是能夠相應中斷的鎖。

在Java中，synchronized就不是可中斷鎖，而Lock是可中斷鎖。

若是某一線程A正在執行鎖中的代碼，另外一線程B正在等待獲取該鎖，可能因爲等待時間過長，線程B不想等待了，

想先處理其餘事情，咱們可讓它中斷本身或者在別的線程中中斷它，這種就是可中斷鎖。

在前面演示lockInterruptibly()的用法時已經體現了Lock的可中斷性。

3.公平鎖

公平鎖即儘可能以請求鎖的順序來獲取鎖。好比同是有多個線程在等待一個鎖，當這個鎖被釋放時，

等待時間最久的線程（最早請求的線程）會得到該所，這種就是公平鎖。

非公平鎖即沒法保證鎖的獲取是按照請求鎖的順序進行的。這樣就可能致使某個或者一些線程永遠獲取不到鎖。

在Java中，synchronized就是非公平鎖，它沒法保證等待的線程獲取鎖的順序。

而對於ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默認狀況下是非公平鎖，可是能夠設置爲公平鎖。

看一下這2個類的源代碼就清楚了：

4.讀寫鎖

讀寫鎖將對一個資源（好比文件）的訪問分紅了2個鎖，一個讀鎖和一個寫鎖。

正由於有了讀寫鎖，才使得多個線程之間的讀操做不會發生衝突。

ReadWriteLock就是讀寫鎖，它是一個接口，ReentrantReadWriteLock實現了這個接口。

能夠經過readLock()獲取讀鎖，經過writeLock()獲取寫鎖。

本文參考：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html