Java同步锁——lock与synchronized 的区别【转】

在网上看来很多关于同步锁的博文,记录下来方便以后阅读

 

一、Lock和synchronized有以下几点不同:

  1)Lock是一个接口,而synchronized是Java中的关键字,synchronized是内置的语言实现,synchronized是在JVM层面上实现的,不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定,而且在代码执行时出现异常,JVM会自动释放锁定,但是使用Lock则不行,lock是通过代码实现的,要保证锁定一定会被释放,就必须将 unLock()放到finally{} 中;

  2)synchronized在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时,如果没有主动通过unLock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;

  3)Lock可以让等待锁的线程响应中断,线程可以中断去干别的事务,而synchronized却不行,使用synchronized时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断;

  4)通过Lock可以知道有没有成功获取锁,而synchronized却无法办到。

  5)Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

  在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说,在具体使用时要根据适当情况选择。

 

举个例子:当有多个线程读写文件时,读操作和写操作会发生冲突现象,写操作和写操作会发生冲突现象,但是读操作和读操作不会发生冲突现象。

  但是采用synchronized关键字来实现同步的话,就会导致一个问题:

  如果多个线程都只是进行读操作,所以当一个线程在进行读操作时,其他线程只能等待无法进行读操作。

  因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时,线程之间不会发生冲突,通过Lock就可以办到。

  另外,通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的

 

 

 

二、ReentrantLock获取锁定与三种方式:
  a) lock(), 如果获取了锁立即返回,如果别的线程持有锁,当前线程则一直处于休眠状态,直到获取锁
  b) tryLock(), 如果获取了锁立即返回true,如果别的线程正持有锁,立即返回false;
  c)tryLock(long timeout,TimeUnit unit), 如果获取了锁定立即返回true,如果别的线程正持有锁,会等待参数给定的时间,在等待的过程中,如果获取了锁定,就返回true,如果等待超时,返回false;
  d) lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回,如果没有获取锁定,当前线程处于休眠状态,直到或者锁定,或者当前线程被别的线程中断

 

 

 

三、下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。

  1.Lock

  首先要说明的就是Lock,通过查看Lock的源码可知,Lock是一个接口:

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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();

}

   下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用,lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述,会在后面的线程协作一文中讲述。

  在Lock中声明了四个方法来获取锁,那么这四个方法有何区别呢?

  首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取,则进行等待。

  由于在前面讲到如果采用Lock,必须主动去释放锁,并且在发生异常时,不会自动释放锁。因此一般来说,使用Lock必须在try{}catch{}块中进行,并且将释放锁的操作放在finally块中进行,以保证锁一定被被释放,防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

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Lock lock = ...;

lock.lock();

try{

    //处理任务

}catch(Exception ex){

     

}finally{

    lock.unlock();   //释放锁

}

  tryLock()方法是有返回值的,它表示用来尝试获取锁,如果获取成功,则返回true,如果获取失败(即锁已被其他线程获取),则返回false,也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

  tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的,只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间,在时间期限之内如果还拿不到锁,就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁,则返回true。

  所以,一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的:

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Lock lock = ...;

if(lock.tryLock()) {

     try{

         //处理任务

     }catch(Exception ex){

         

     }finally{

         lock.unlock();   //释放锁

     

}else {

    //如果不能获取锁,则直接做其他事情

}

   lockInterruptibly()方法比较特殊,当通过这个方法去获取锁时,如果线程正在等待获取锁,则这个线程能够响应中断,即中断线程的等待状态。也就使说,当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时,假若此时线程A获取到了锁,而线程B只有在等待,那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

  由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常,所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

  因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下:

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public void method() throws InterruptedException {

    lock.lockInterruptibly();

    try {  

     //.....

    }

    finally {

        lock.unlock();

    }  

}

  注意,当一个线程获取了锁之后,是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程,只能中断阻塞过程中的线程。

  因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时,如果不能获取到,只有进行等待的情况下,是可以响应中断的。

  而用synchronized修饰的话,当一个线程处于等待某个锁的状态,是无法被中断的,只有一直等待下去。

  2.ReentrantLock

  ReentrantLock,意思是“可重入锁”,关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类,并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

  例子1,lock()的正确使用方法

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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();    //注意这个地方

        lock.lock();

        try {

            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");

            for(int i=0;i<5;i++) {

                arrayList.add(i);

            }

        catch (Exception e) {

            // TODO: handle exception

        }finally {

            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

            lock.unlock();

        }

    }

}

   各位朋友先想一下这段代码的输出结果是什么?

 View Code

  也许有朋友会问,怎么会输出这个结果?第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁?原因在于,在insert方法中的lock变量是局部变量,每个线程执行该方法时都会保存一个副本,那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁,所以就不会发生冲突。

  知道了原因改起来就比较容易了,只需要将lock声明为类的属性即可。

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public class Test {

    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方

    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()+"得到了锁");

            for(int i=0;i<5;i++) {

                arrayList.add(i);

            }

        catch (Exception e) {

            // TODO: handle exception

        }finally {

            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

            lock.unlock();

        }

    }

}

   这样就是正确地使用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();    //注意这个地方

    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()+"得到了锁");

                for(int i=0;i<5;i++) {

                    arrayList.add(i);

                }

            catch (Exception e) {

                // TODO: handle exception

            }finally {

                System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

                lock.unlock();

            }

        else {

            System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");

        }

    }

}

   输出结果:

 View Code

  例子3,lockInterruptibly()响应中断的使用方法:

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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,如果需要正确中断等待锁的线程,必须将获取锁放在外面,然后将InterruptedException抛出

        try {  

            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");

            long startTime = System.currentTimeMillis();

            for(    ;     ;) {

                if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)

                    break;

                //插入数据

            }

        }

        finally {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");

            lock.unlock();

            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

        }  

    }

}

 

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()+"被中断");

        }

    }

}

  运行之后,发现thread2能够被正确中断。

  3.ReadWriteLock

  ReadWriteLock也是一个接口,在它里面只定义了两个方法:

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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();

}

   一个用来获取读锁,一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开,分成2个锁来分配给线程,从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

  4.ReentrantReadWriteLock

  ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法,不过最主要的有两个方法:readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

  下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

  假如有多个线程要同时进行读操作的话,先看一下synchronized达到的效果:

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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()+"正在进行读操作");

        }

        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");

    }

}

   这段程序的输出结果会是,直到thread1执行完读操作之后,才会打印thread2执行读操作的信息。

 View Code

  而改成用读写锁的话:

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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()+"正在进行读操作");

            }

            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");

        finally {

            rwl.readLock().unlock();

        }

    }

}

   此时打印的结果为:

 View Code

  说明thread1和thread2在同时进行读操作。

  这样就大大提升了读操作的效率。

  不过要注意的是,如果有一个线程已经占用了读锁,则此时其他线程如果要申请写锁,则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

  如果有一个线程已经占用了写锁,则此时其他线程如果申请写锁或者读锁,则申请的线程会一直等待释放写锁。

  关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。

 

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多线程知识梳理(2) - 并发编程的艺术笔记

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