jinfeng_wang

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);           }       }

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。