Synchronized与Lock锁的区别

楔子

最近一直都比较忙,没有时间写博客了。今天项目终于灰度了,可以有时间写写博客,看看文章了!!!╮(╯▽╰)╭

今天要写的主题是Java的基础知识,Synchronized和Lock锁的区别!!!

区别

1、ReentrantLock拥有Synchronized相同的并发性和内存语义,此外还多了 锁投票,定时锁等候和中断锁等候等特性。

线程A和B都要获取对象O的锁定,假设A获取了对象O锁,B将等待A释放对O的锁定

如果使用 synchronized ,如果A不释放,B将一直等下去,不能被中断

如果 使用ReentrantLock,如果A不释放,可以使B在等待了足够长的时间以后,中断等待,而干别的事情

ReentrantLock获取锁定与三种方式:

  • 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

  • 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;

  • 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;

  • 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

2、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

3、在资源竞争不是很激烈的情况下,Synchronized的性能要优于ReetrantLock,但是在资源竞争很激烈的情况下,Synchronized的性能会下降几十倍,但是ReetrantLock的性能能维持常态;

5.0的多线程任务包对于同步的性能方面有了很大的改进,在原有synchronized关键字的基础上,又增加了ReentrantLock,以及各种Atomic类。了解其性能的优劣程度,有助与我们在特定的情形下做出正确的选择。

简单的总结

  • synchronized:
    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。

  • ReentrantLock:
    ReentrantLock提供了多样化的同步,比如有时间限制的同步,可以被Interrupt的同步(synchronized的同步是不能Interrupt的)等。在资源竞争不激烈的情形下,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。

  • Atomic:
    和上面的类似,不激烈情况下,性能比synchronized略逊,而激烈的时候,也能维持常态。激烈的时候,Atomic的性能会优于ReentrantLock一倍左右。但是其有一个缺点,就是只能同步一个值,一段代码中只能出现一个Atomic的变量,多于一个同步无效。因为他不能在多个Atomic之间同步。

所以,我们写同步的时候,优先考虑synchronized,如果有特殊需要,再进一步优化。ReentrantLock和Atomic如果用的不好,不仅不能提高性能,还可能带来灾难。

测试结果

先贴测试结果:再贴代码(Atomic测试代码不准确,一个同步中只能有1个Actomic,这里用了2个,但是这里的测试只看速度)


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代码

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关键字不在方法签名里面,所以不涉及重载问题   
     */    
    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关键字不在方法签名里面,所以不涉及重载问题   
     */    
    @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关键字不在方法签名里面,所以不涉及重载问题   
     */    
    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);     
    //任务栅栏,同批任务,先到达wait的任务挂起,一直等到全部任务到达制定的wait地点后,才能全部唤醒,继续执行     
    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();     
    /*   
     * 对long的操作是非原子的,原子操作只针对32位   
     * long是64位,底层操作的时候分2个32位读写,因此不是线程安全   
     */    
    abstract long getValue();     

    public void testTime(){     
        ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool();     
        long start=System.nanoTime();     
        //同时开启2*ThreadNum个数的读写线程     
        for(int i=0;i<threadNum;i++){     
            se.execute(new Runnable(){     
                public void run() {     
                    for(int i=0;i<round;i++){     
                        sumValue();     
                    }     

                    //每个线程执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 {     
                        //每个线程执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 {     
            //当前统计线程也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();     
        }     
        //所有线程执行完成之后,才会跑到这一步     
        long duration=System.nanoTime()-start;     
        out.println(id+" = "+duration);     

    }     

}    

补充知识

CyclicBarrier和CountDownLatch一样,都是关于线程的计数器。

  • CyclicBarrier初始化时规定一个数目,然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时,所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。
  • CyclicBarrier就象它名字的意思一样,可看成是个障碍, 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。
  • CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数, 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后,所有其它线程被唤醒前被执行。