【Java并发编程】对比synchronized和Lock

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引言：在Java中，可以使用关键字synchronized来实现同步访问，从Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问，那就是Lock。既然都可以通过synchronized来实现同步访问了，那么为什么还需要提供Lock？那得先从synchronized的缺陷讲起。

转载自海子的博文：《Java并发编程：Lock》

一、synchronized的缺陷

　　synchronized是java中的一个关键字，也就是说是JVM内置的特性，加锁到释放所的所有过程都由JVM来完成，程序员是不可见的。

　　如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：

　　1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有；

　　2）线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。

　　那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，这多么影响程序执行效率。

　　因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过Lock就可以办到。

　　再举个例子：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。

　　总结一下，也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：

　　1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；

　　2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

二、java.util.concurrent.locks包下常用的类

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。

　　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：

　　

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：

　　

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。

　　lockInterruptibly()一般的使用形式如下：

public void method() throws InterruptedException {
lock.lockInterruptibly();
try {
//TODO
}
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。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：

public class Test {
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
//注意这个地方，锁一定要是全局变量，不能声明在方法体中
private Lock lock = new ReentrantLock();
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();
}
}
}

例子2，tryLock()的使用方法：

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");
}
}
}

例子3，lockInterruptibly()响应中断的使用方法：

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");
}
}
}

3、ReadWriteLock

　　ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：

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实现了ReadWriteLock接口。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：

public class Test {

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。

　　而改成用读写锁的话：

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();
}
}
}

　　这样的话，thread1和thread2可以同时进行读操作。这样就大大提升了读操作的效率。

　　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。

　　总结来说，仅仅允许多个线程同时读，但是在获得写锁的时候，不允许其他线程读或写。

三、锁的相关概念介绍

1、可重入锁

　　像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性是说锁的分配机制：是基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。

　　

class MyClass {
public synchronized void method1() {
method2();
}

public synchronized void method2() {

}
}

在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是可重入锁。

可重入锁的最大好处就是防止死锁，如果没有可重入性，JVM在method1中调用method2的时候，会尝试去获取method2的锁，但是这时候MyClass的锁已经被method1获取了，所以不能分配给method2，这时就发生了死锁。

2、可中断锁

　　synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。

　　如果某一线程A正在执行锁中的代码，另一线程B正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。

　　在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

3、公平锁

　　公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。

　　非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。

　　在Java中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。

　　而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。

4、读写锁

　　读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁。

　　正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。

　　ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。

　　可以通过readLock()获取读锁，通过writeLock()获取写锁。

　　上面已经演示过了读写锁的使用方法，在此不再赘述。