Java基礎 - Synchronized與Lock鎖的區別

wo8553456 8年前發布 | 10K 次閱讀 JVM Java開發

楔子

最近一直都比較忙，沒有時間寫博客了。今天項目終于灰度了，可以有時間寫寫博客，看看文章了！！！╮(╯▽╰)╭

今天要寫的主題是Java的基礎知識，Synchronized和Lock鎖的區別！！！

區別

1、ReentrantLock擁有Synchronized相同的并發性和內存語義，此外還多了鎖投票，定時鎖等候和中斷鎖等候等特性。

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

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

如果使用ReentrantLock，如果A不釋放，可以使B在等待了足夠長的時間以后，中斷等待，而干別的事情

ReentrantLock獲取鎖定與三種方式：

lock(), 如果獲取了鎖立即返回，如果別的線程持有鎖，當前線程則一直處于休眠狀態，直到獲取鎖
tryLock(), 如果獲取了鎖立即返回true，如果別的線程正持有鎖，立即返回false；
tryLock(long timeout,TimeUnit unit)，如果獲取了鎖定立即返回true，如果別的線程正持有鎖，會等待參數給定的時間，在等待的過程中，如果獲取了鎖定，就返回true，如果等待超時，返回false；
lockInterruptibly:如果獲取了鎖定立即返回，如果沒有獲取鎖定，當前線程處于休眠狀態，直到或者鎖定，或者當前線程被別的線程中斷

2、synchronized是在JVM層面上實現的，不但可以通過一些監控工具監控synchronized的鎖定，而且在代碼執行時出現異常，JVM會自動釋放鎖定，但是使用Lock則不行，lock是通過代碼實現的，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中

3、在資源競爭不是很激烈的情況下，Synchronized的性能要優于ReetrantLock，但是在資源競爭很激烈的情況下，Synchronized的性能會下降幾十倍，但是ReetrantLock的性能能維持常態；

5.0的多線程任務包對于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，又增加了ReentrantLock，以及各種Atomic類。了解其性能的優劣程度，有助與我們在特定的情形下做出正確的選擇。

簡單的總結

synchronized：

在資源競爭不是很激烈的情況下，偶爾會有同步的情形下，synchronized是很合適的。原因在于，編譯程序通常會盡可能的進行優化synchronize，另外可讀性非常好，不管用沒用過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，比如有時間限制的同步，可以被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。但是當同步非常激烈的時候，synchronized的性能一下子能下降好幾十倍。而ReentrantLock確還能維持常態。
Atomic:

和上面的類似，不激烈情況下，性能比synchronized略遜，而激烈的時候，也能維持常態。激烈的時候，Atomic的性能會優于ReentrantLock一倍左右。但是其有一個缺點，就是只能同步一個值，一段代碼中只能出現一個Atomic的變量，多于一個同步無效。因為他不能在多個Atomic之間同步。

所以，我們寫同步的時候，優先考慮synchronized，如果有特殊需要，再進一步優化。ReentrantLock和Atomic如果用的不好，不僅不能提高性能，還可能帶來災難。

測試結果

先貼測試結果：再貼代碼（Atomic測試代碼不準確，一個同步中只能有1個Actomic，這里用了2個，但是這里的測試只看速度）

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

Java代碼

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里面，所以不涉及重載問題   
 */    
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里面，所以不涉及重載問題   
 */    
@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里面，所以不涉及重載問題   
 */    
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，一直等到全部任務到達制定的wait地點后，才能全部喚醒，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的操作是非原子的，原子操作只針對32位   
 * long是64位，底層操作的時候分2個32位讀寫，因此不是線程安全   
 */    
abstract long getValue();     

public void testTime(){     
    ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool();     
    long start=System.nanoTime();     
    //同時開啟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();     
                }     

                //每個線程執行完同步方法后就等待     
                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 {     
                    //每個線程執行完同步方法后就等待     
                    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,所以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();     
    }     
    //所有線程執行完成之后，才會跑到這一步     
    long duration=System.nanoTime()-start;     
    out.println(id+" = "+duration);     

}     


}</code></pre> 
  
補充知識 
  CyclicBarrier和CountDownLatch一樣，都是關于線程的計數器。 
   
   CyclicBarrier初始化時規定一個數目，然后計算調用了CyclicBarrier.await()進入等待的線程數。當線程數達到了這個數目時，所有進入等待狀態的線程被喚醒并繼續。 
   CyclicBarrier就象它名字的意思一樣，可看成是個障礙， 所有的線程必須到齊后才能一起通過這個障礙。 
   CyclicBarrier初始時還可帶一個Runnable的參數， 此Runnable任務在CyclicBarrier的數目達到后，所有其它線程被喚醒前被執行。 
   
    
  來自：http://hanhailong.com/2016/12/10/Synchronized與Lock鎖的區別/


                    
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