Java中的Lock与synchronized

2018/03/06 21:42
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并发编程学习笔记之Lock与synchronized

一、什么是可重入锁

Lcok在Java中是一个接口,一般在面试问题中问到的可能是ReentrantLock与synchronized的区别。ReentrantLock是Lock的一个实现类,字面意思的话就是可重入锁,那么什么是可重入锁呢。

可重入锁是锁的一个相关概念,并不是特指我们的ReentrantLock,而是如果一个锁具备可重入性,那我们就说这是一个可重入锁。ReentrantLock和synchronized都是可重入锁。至于什么是可重入性,这里举个简单的例子,现在在一个类里我们有两个方法(代码如下),一个叫做去北京,一个叫做买票,那我们在去北京的方法里可以直接调用买票方法,假如两个方法全都用synchronized修饰的话,在执行去北京的方法,线程获取了对象的锁,接着执行买票方法,如果synchronized不具备可重入性,那么线程已经有这个对象的锁了,现在又来申请,就会导致线程永远等待无法获取到锁。而synchronized和ReentrantLock都是可重入锁,就不会出现上述的问题。

 1 class Trip {
 2     public synchronized void goToBeiJing() {
 3         // 去北京  
 4         buyATicket();
 5     }
 6      
 7     public synchronized void buyATicket() {
 8         // 买票
 9     }
10 }

二、Lock与synchronized的不同

二者都是可重入锁,那么为什么要有两个呢?既然存在,那么就一定是有意义的。synchronized是Java中的一个关键字,而Lock是Java1.5后在java.util.concurrent.locks包下提供的一种实现同步的方法,那么显然的,synchronized一定是有什么做不到的或者缺陷,才导致了Lock的诞生。

1.synchronized的缺点

1)当一个代码块被synchronized修饰的时候,一个线程获取到了锁,并且执行代码块,那么其他的线程需要等待正在使用的线程释放掉这个锁,那么释放锁的方法只有两种,一种是代码执行完毕自动释放,一种是发生异常以后jvm会让线程去释放锁。那么如果这个正在执行的线程遇到什么问题,比如等待IO或者调用sleep方法等等被阻塞了,无法释放锁,而这时候其他线程只能一直等待,将会特别影响效率。那么有没有一种办法让其他线程不必一直傻乎乎的等在这里吗?

2)当一个文件,同时被多个线程操作时,读操作和写操作会发生冲突,写操作和写操作会发生冲突,而读操作和读操作并不会冲突,但是如果我们用synchronized的话,会导致一个线程在读的时候,其他线程想要读的话只能等待,那么有什么办法能不锁读操作吗?

3)在使用synchronized时,我们无法得知线程是否成功获取到锁,那么有什么办法能知道是否获取到锁吗?

2.java.util.concurrent.locks包

1)Lock

Lock是一个接口,源码如下

1 public interface Lock {
2     void lock();
3     void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
4     boolean tryLock();
5     boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
6     void unlock();
7     Condition newCondition();
8 }

ReentrantLock是Lock的一个实现类(另外两个实现类是ReentrantReadWriteLock类下的两个静态内部类:WriteLock和ReadLock),它的意思是可重入锁,可重入锁前面已经讲过了。ReentrantLock中提供了更多的一些方法。不过常用的就是Lock中的这些。

来看一下Lock接口这些方法的使用,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。

这里有四个方法来获取锁,那么区别在哪里呢?

lock()使我们平时用的最多的,最用是用来获取锁,如果锁已经被其他线程获取,那么就等待。但是采用Lock必须要主动释放锁,所以我们一般在try{}catch{}块中处理然后在finally中释放锁,举个例子:

1 lock.lock();
2 try{
3     // 处理
4 }catch(Exception ex){
5     // 捕获异常
6 }finally{
7     // 释放锁
8     lock.unlock();   
9 }

 tryLock()是一个boolean类型的方法,当调用这个方法的时候,线程会去尝试获取锁,如果获取到的话会返回true,如果获取不到返回false,也就是说这个方法会立马返回一个结果,线程不会等待。

tryLock(long time, TimeUnit unit)是上面tryLock()方法的一个重载方法,加了两个参数,给定了等待的时间,如果在规定时间拿到锁返回true,如果拿不到返回false。这两个方法的一般用法和Lock类似。

 1 if (lock.tryLock()) {
 2     try{
 3         // 处理    
 4     }catch(Exception ex){
 5         // 捕获异常
 6     }finally{
 7         // 释放锁
 8         lock.unlock();   
 9     }
10 }

lockInterruptibly()就比较特殊了,它表示可被中断的,意思就是,当尝试获取锁的时候,如果获取不到的话就会等待,但是,在等待的过程中它是可以响应中断的,也就是中断线程的等待过程。使用形式的话一样用try catch处理,就不贴代码了。

2)ReadWriteLock

ReadWriteLock也是一个接口,这个接口中只有两个方法,源码如下:

1 public interface ReadWriteLock {
2     Lock readLock();
3  
4     Lock writeLock();
5 }

这个接口的从字面就能看出来他的用途,读锁和写锁,这时候是不是想起了前面我写到的synchronized的第二条。

ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock的一个实现类,最常用到的也是获取读锁和获取写锁。下面看例子:

首先是使用synchronized的:

 1 public class Main {  
 2     public static void main(String[] args)  {
 3         final Main m = new Main();
 4        
 5         new Thread(){
 6             public void run() {
 7                 m.read(Thread.currentThread());
 8             };
 9         }.start();
10          
11         new Thread(){
12             public void run() {
13                 m.read(Thread.currentThread());
14             };
15         }.start(); 
16     }  
17      
18     public synchronized void read(Thread thread) {
19         long startTime = System.currentTimeMillis();
20         while(System.currentTimeMillis() - startTime <= 1) {
21             System.out.println(thread.getName()+"线程在进行读操作");
22         }
23         System.out.println(thread.getName()+"线程完成读操作");
24     }
25 }

这段代码的执行结果是在一个线程打印出完成读操作后,另一条线程才会开始进行读操作。

Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程完成读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程完成读操作

 

下面看如果用ReadWriteLock:

 1 public class Main {  
 2     public static void main(String[] args)  {
 3         private ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
 4         final Main m = new Main();
 5        
 6         new Thread(){
 7             public void run() {
 8                 m.read(Thread.currentThread());
 9             };
10         }.start();
11          
12         new Thread(){
13             public void run() {
14                 m.read(Thread.currentThread());
15             };
16         }.start(); 
17     }  
18      
19     public void read(Thread thread) {
20         readWriteLock.readLock().lock();
21         try {
22         long startTime = System.currentTimeMillis();
23             while(System.currentTimeMillis() - startTime <= 1) {
24                 System.out.println(thread.getName()+"线程在进行读操作");
25             }
26             System.out.println(thread.getName()+"线程完成读操作");
27     } finally {
28         readWriteLock.unlock();
29         }
30     }
31 }

只是把之前的synchronized换成了ReadWriteLock,但是输出结果却是两个线程在一起进行读操作

Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程在进行读操作
Thread-1线程在进行读操作
Thread-0线程完成读操作
Thread-1线程完成读操作

这个结果可以看到两个线程同时进行读操作,效率大大的提升了。但是要注意的是,如果一个线程获取了读锁,那么另外的线程想要获取写锁则需要等待释放;而如果一个线程已经获取了写锁,则另外的线程想获取读锁或写锁都需要等待写锁被释放。

三、总结

总结一下二者:

1.synchronized是Java的关键字,是内置特性,而Lock是一个接口,可以用它来实现同步。

2.synchronized同步的时候,其中一条线程用完会自动释放锁,而Lock需要手动释放,如果不手动释放,可能会造成死锁。

3.使用synchronized如果其中一个线程不释放锁,那么其他需要获取锁的线程会一直等待下去,知道使用完释放或者出现异常,而Lock可以使用可以响应中断的锁或者使用规定等待时间的锁

4.synchronized无法得知是否获取到锁,而Lcok可以做到。

5.用ReadWriteLock可以提高多个线程进行读操作的效率。

所以综上所述,在两种锁的选择上,当线程对于资源的竞争不激烈的时候,效率差不太多,但是当大量线程同时竞争的时候,Lock的性能会远高于synchronized。

 

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