Java后端之多线程-同步锁的比较

喜欢ヅ旅行 2021-09-16 01:16 157阅读 0赞

JDK 5.0为开发人员开发高性能的并发应用程序提供了一些很有效的新选择，目前存在两种锁机制：synchronized和Lock，Lock接口及其

实现类是JDK5增加的内容，ReentrantLock是Lock的实现。在实际的工作中，大家对synchronized和ReentrantLock都使用的比较多，今天对这

两种锁机制进行了总结并分享给各位朋友们，希望对大家有所帮助。

**一、synchronized**

1).介绍

synchronized 是[Java][]语言的关键字，可用来给对象和方法或者代码块加锁，当它锁定一个方法或者一个代码块的时候，同一时刻最多只有一个线程执行这段代码。当两个并发线程访问同一个对象object中的这个加锁同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必

须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。然而，当一个线程访问object的一个加锁代码块时，另一个线程仍然可以访问该object

中的非加锁代码块。

2).使用

很多朋友都知道synchronized可以对整个方法同步，也可以对方法的部分代码块进行同步。当synchronized修饰方法的时候，synchronized是对象级的同步，意思就是说对于某个对象里面的被synchronized修饰的多个方法和synchronized（this）的代码块，当某一个线程访问一个synch

ronized修饰的方法或执行synchronized（this）的代码块，其它线程访问该对象内的synchronized修饰的方法或执行synchronized（this）的代码块

将会处于等待状态，当之前得到锁的线程执行完方法或代码块时，其它线程才可以访问。下面通过代码的方式给大家详细介绍：

1.synchronized修饰方法，表示同步作用于当前类的对象，某一个线程访问一个synchronized修饰的方法时，其它线程访问该对象内的synchronized修饰的方法将会处于等待状态，代码如下：

public class Ceshi{  
            public  synchronized  int add(int a,int b)  
            {  
                return a+b;  
            }  
            public synchronized  int subtract(int a,int b)  
            {  
            return a-b;  
            }  
        }

2.synchronized修饰代码块

第一种：修饰普通对象即synchronized(obj)，如string实例、其它类的实例。表示当多个线程访问同一个代码块时，如果obj相同，它们将会起到同步作用，同一时间只能允许一个线程执行,代码如下：

public class SynTest {  
            public static void main(String[] argv) {  
                new TestThread("12345678asdf").start();  
                new TestThread("12345678asdf").start();  
            }  
        public void loop(String random) {  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 传入的random:" + random);  
            synchronized (random) {  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行循环");  
                for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                    System.out.println("thread name："  
                            + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
                }  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " 执行循环结束");  
      
            }  
      
        }  
      
    }  
    class TestThread extends Thread {  
        private String name;  
      
        public TestThread(String name) {  
            super();  
            this.name = name;  
        }  
      
        public void run() {  
            SynTest syntest = new SynTest();  
            syntest.loop(name);  
        }  
      
    }

在上面代码中当第一个线程访问时，虽然线程2已经进入loop方法，但是由于它们传入的random相同，所以线程2将处于等待状态，当线程1执行完，线程2才能执行。下图是运行结果：

![Center][]

第二种:修饰类的字节码即synchronized(obj)中obj为某个类的class。虽然多个线程对该类的不同的实例上操作synchronized(class)修饰的代码块，但是同一时刻只允许一个线程访问。(即使synchronized(class)在不同的方法内，都会同步)。代码如下：

public class SynTest {  
        public static void main(String[] argv) {  
            SynTest syn1=new SynTest();  
            SynTest syn2=new SynTest();  
            new TestThread(syn1).start();  
            new TestThread(syn2).start();  
        }  
        public void loop() {  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName());  
            synchronized (SynTest.class) {  
                System.out.println(" thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行循环");  
                for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                    System.out.println("thread name："  
                            + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
                }  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " 执行循环结束");  
      
            }  
      
        }  
      
          
    }  
    class TestThread extends Thread {  
        private SynTest syn;  
      
        public TestThread(SynTest syn) {  
            super();  
            this.syn = syn;  
        }  
      
        public void run() {  
            syn.loop();  
        }  
      
    }

在上面代码中当第一个线程访问时，虽然线程2已经进入loop方法，虽然它们操作的不同的SynTest的实例，但是synchronized修饰的同一个类的字节码，所以线程2将处于等待状态，当线程1执行完，线程2才能执行。下图是运行结果：

是修饰的该方法。当线程1访问loop方法的synchronized (this)的代码块时，线程2将会处于等待状态。下面是运行结果：

> ![Center 1][]

3.synchronized修饰方法和代码块结合

synchronized修饰方法是作用在类的实例上，如果代码块也是修饰到改实例的话，他们就会达到互斥的效果。代码如下：

public class SynTest {  
        public static void main(String[] argv) {  
            SynTest syn1=new SynTest();  
            new TestThread(syn1).start();  
            new TestThread1(syn1).start();  
        }  
        //循环方法  
        public void loop() {  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName());  
            synchronized (this) {  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行循环");  
                for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                    System.out.println("thread name："  
                            + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
                }  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " 执行循环结束");  
      
            }  
      
        }  
        //循环方法1  
        public synchronized void loop1() {  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName());  
      
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 开始执行循环");  
            for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
            }  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 执行循环结束");  
      
        }  
      
    }  
    //测试线程  
    class TestThread extends Thread {  
        private SynTest syn;  
      
        public TestThread(SynTest syn) {  
            super();  
            this.syn = syn;  
        }  
      
        public void run() {  
            syn.loop();  
        }  
      
    }  
    //测试线程1  
    class TestThread1 extends Thread {  
        private SynTest syn;  
      
        public TestThread1(SynTest syn) {  
            super();  
            this.syn = syn;  
        }  
      
        public void run() {  
          
            syn.loop1();  
        }  
      
    }

从上面的代码中，我们可以看出在loop()方法中，修饰的是作用于SynTest实例的代码块（synchronized (this)），在loop1中synchronized是修饰的该方法。当线程1访问loop方法的synchronized (this)的代码块时，线程2将会处于等待状态。下面是运行结果：

> ![Center 1][]

3）.使用场景

在资源竞争不是很激烈的情况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的。原因在于，编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize，另外可读性非常好，不管用没用过5.0多线程包的程序员都能理解。

**二、ReentrantLock**

1).介绍

在java.util.concurrent.lock 中的 Lock 框架是锁定的一个抽象，它允许把锁定的实现作为 Java 类，而不是作为语言的特性来实现。这就为 Lock 的多种实现留下了空间，各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。 ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，但是添加了类似轮询锁、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。（换句话说，当许多线程都想访问共享资源时，JVM 可以花更少的时候来调度线程，把更多时间用在执行线程上。）

reentrant 锁意味着什么呢？简单来说，它有一个与锁相关的获取计数器，如果拥有锁的某个线程再次得到锁，那么获取计数器就加1，然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了 synchronized 的语义；如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块，就允许线程继续进行，当线程退出第二个（或者后续） synchronized 块的时候，不释放锁，只有线程退出它进入的监控器保护的第一个 synchronized 块时，才释放锁。

上面这一段是负责ibm网站上的描述，其实ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，重入锁是一种递归无阻塞的同步机制。ReentrantLock由最近成功获取锁，还没有释放的线程所拥有，当锁被另一个线程拥有时，调用lock的线程可以成功获取锁。如果锁已经被当前线程拥有，当前线程会立即返回。

ReentrantLock可以等同于synchronized使用，但是比synchronized有更强的功能、可以提供更灵活的锁机制、同时减少死锁的发生概率。

2).使用

1.简单使用，使用下面的结构形式：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    
        if (lock.tryLock()) {  //如果已经被lock，则立即返回false不会等待，达到忽略操作的效果     
            try {    
            //操作    
            } finally {    
            lock.unlock();    
            }    
        }

我们按照上面的结构编写测试demo:

public class SynTest {  
        private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//乐观锁  
      
        public static void main(String[] argv) {  
            SynTest syn1 = new SynTest();  
            new TestThread(syn1).start();  
            new TestThread(syn1).start();  
        }  
      
        // 循环方法  
        public void loop() {  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName());  
            lock.lock(); // 加锁  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 开始执行循环");  
            for (int i = 0; i < 10; i++) {  
                System.out.println("thread name："  
                        + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i);  
            }  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 执行循环结束");  
      
            lock.unlock();//执行完成释放锁  
      
        }  
    }  
    // 测试线程  
    class TestThread extends Thread {  
        private SynTest syn;  
      
        public TestThread(SynTest syn) {  
            super();  
            this.syn = syn;  
        }  
      
        public void run() {  
            syn.loop();  
        }  
    }

执行结果：

![Center 2][]  
2.实际工作中使用：

上面的简单使用，不能很好在多线程互斥的条件下提高代码的并发性和高效性，下面我们以demo的形式给大家展示如果高效的使用。

import java.util.Map;  
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;  
    import java.util.concurrent.locks.Lock;  
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
      
    public class SynTest {  
        // 放并发锁的map  
        public static Map<String, Lock> currentACCount = new ConcurrentHashMap<String, Lock>();  
        // 放账户金额，本来应该放在数据库的，为了测试就放入map中  
        public static Map<String, Long> accountMoney = new ConcurrentHashMap<String, Long>();  
      
        public static void main(String[] argv) {  
            new TestThread("100001",100).start();  
            new TestThread("100001",10).start();  
            new TestThread("100002",100).start();  
            new TestThread("100002",-10).start();  
        }  
      
        /** 
         * 获取锁 
         *  
         * @param key 
         * @return 
         */  
        public static synchronized Lock getKey(String key) {  
            Lock obj = currentACCount.get(key);  
            if (obj == null) {  
                obj = new ReentrantLock();  
                currentACCount.put(key, obj);  
            }  
            System.out.println("获得key:" + key + ":" + obj);  
            return obj;  
        }  
      
        /** 
         * 修改账户金额 
         *  
         * @param account 
         *            账户 
         * @param money 
         *            金额 （单位：分） 
         */  
        public static void updateAccountMoney(String account, Long money) {  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 账号：" + account + ",money=" + money);  
            Lock lock = getKey(account);  
            //当锁已经被其它线程获取到，该线程将会处于等待状态  
            lock.lock();  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 账号：" + account + "获取到锁成功");  
            long oriAmount = accountMoney.get(account)==null?0:accountMoney.get(account);  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 账号：" + account + " 账户原金额：oriAmount=" + oriAmount);  
            long amount = oriAmount + money;  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 账号：" + account + " 更新后金额：amount=" + amount);  
            accountMoney.put(account, amount);  
            System.out.println("thread name：" + Thread.currentThread().getName()  
                    + " 账号：" + account + "释放锁");  
            lock.unlock();  
        }  
      
    }  
      
    // 测试线程  
    class TestThread extends Thread {  
        private String account;  
        private long money;  
      
        public TestThread(String account, long money) {  
            super();  
            this.account = account;  
            this.money = money;  
        }  
      
        public void run() {  
            SynTest.updateAccountMoney(account, money);  
        }  
      
    }

从demo中我们看到，我们将实现模拟多个线程对不同的账户的账户金额进行修改，然后重新保存。其中线程1、线程2是对账户100001进行操作，线程3、线程4对100002进行操作。它们在运行过程中只有线程1与线程2,线程3与线程4互斥，不同的账户同时操作是互不影响的，这样就能大大提高性能，也是推荐大家使用的方式，我们看一下运行结果：

thread name：Thread-3 账号：100002,money=-10  
    thread name：Thread-2 账号：100002,money=100  
    thread name：Thread-0 账号：100001,money=100  
    thread name：Thread-1 账号：100001,money=10  
    获得key:100002:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@7f5f5897[Unlocked]  
    获得key:100001:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@4cb162d5[Unlocked]  
    thread name：Thread-1 账号：100001获取到锁成功  
    获得key:100001:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@4cb162d5[Locked by thread Thread-1]  
    thread name：Thread-3 账号：100002获取到锁成功  
    thread name：Thread-3 账号：100002 账户原金额：oriAmount=0  
    thread name：Thread-3 账号：100002 更新后金额：amount=-10  
    thread name：Thread-3 账号：100002释放锁  
    thread name：Thread-1 账号：100001 账户原金额：oriAmount=0  
    thread name：Thread-1 账号：100001 更新后金额：amount=10  
    获得key:100002:java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@7f5f5897[Locked by thread Thread-3]  
    thread name：Thread-1 账号：100001释放锁  
    thread name：Thread-2 账号：100002获取到锁成功  
    thread name：Thread-2 账号：100002 账户原金额：oriAmount=-10  
    thread name：Thread-2 账号：100002 更新后金额：amount=90  
    thread name：Thread-0 账号：100001获取到锁成功  
    thread name：Thread-2 账号：100002释放锁  
    thread name：Thread-0 账号：100001 账户原金额：oriAmount=10  
    thread name：Thread-0 账号：100001 更新后金额：amount=110  
    thread name：Thread-0 账号：100001释放锁

从结果中我们可以看出Thread-1在Thread-3还未释放对100002账号操作的锁时，获取到了对100001账户操作的锁，而Thread-2在Thread-3释放锁之后才获取到对100002账户操作的锁，Thread-0在Thread-1释放锁之后才获取到对100001账户操作的锁.所以看出效率比单个的lock效率高了很多。

3).使用场景

由于ReentrantLock但是当同步非常激烈的时候，还能维持常态。所以比较适合高并发的场景。

**三、synchronized与ReentrantLock比较**

在资源竞争不是很激烈的情况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的，因为在资源竞争不激烈的情形下，ReentrantLock性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候，synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。

下面一段话摘自于IBM网站上的一篇文章，写的非常好，在此分享一下：

**什么时候选择用 ReentrantLock 代替 synchronized？**

既然如此，我们什么时候才应该使用 ReentrantLock 呢？答案非常简单 —— 在确实需要一些 synchronized 所没有的特性的时候，比如时间锁等候、可中断锁等候、无块结构锁、多个条件变量或者轮询锁。 ReentrantLock 还具有可伸缩性的好处，应当在高度争用的情况下使用它，但是请记住，大多数 synchronized 块几乎从来没有出现过争用，所以可以把高度争用放在一边。我建议用 synchronized 开发，直到确实证明 synchronized 不合适，而不要仅仅是假设如果使用 ReentrantLock “性能会更好”。请记住，这些是供高级用户使用的高级工具。（而且，真正的高级用户喜欢选择能够找到的最简单工具，直到他们认为简单的工具不适用为止。）。一如既往，首先要把事情做好，然后再考虑是不是有必要做得更快。

**结束语：**

Lock 框架是同步的兼容替代品，它提供了 synchronized 没有提供的许多特性，它的实现在争用下提供了更好的性能。但是，这些明显存在的好处，还不足以成为用 ReentrantLock 代替 synchronized 的理由。相反，应当根据您是否 需要 ReentrantLock 的能力来作出选择。大多数情况下，您不应当选择它 —— synchronized 工作得很好，可以在所有 JVM 上工作，更多的开发人员了解它，而且不太容易出错。只有在真正需要 Lock 的时候才用它。在这些情况下，您会很高兴拥有这款工具。

[https://blog.csdn.net/u012454898/article/details/53027893][https_blog.csdn.net_u012454898_article_details_53027893]

[Java]: http://lib.csdn.net/base/javaee
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