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synchronized ReentrantLock 比较分析

  

  在编写多线程代码的时候,对于不允许并发的代码,很多需要加锁进行处理。在进行加锁处理时候,synchronized作为java的内置锁,同时也是java关键字,最为被人熟知,即使是最初级的java程序员,只要知道java并发处理的,都会知道syschronized。

  java5.0之后,java提供了另外一种加锁机制,ReentrantLock提供了更多更灵活的功能,在很多复杂场景下,ReentrantLock相比synchronized会更合适。

  synchronized和ReentrantLock也经常会拿出来比较,这也是在面试中,面试官也经常会问到的一个问题。这里就简单整理一下synchronized与ReentrantLock的异同。 

相同点

  比较synchronized 和 ReentrantLock的相同点,毋庸置疑,它们的功能都是作为锁对访问进行控制。防止并发造成逻辑错误。

  1、在获取ReentrantLock的时候,有着与synchronized相同的互斥性(互斥性:当一个线程已经获取到某个锁的时候,其他线程无法获取到该锁)

  2、ReentrantLock 和 syschronized提供的相同的内存可见性(可见性:当一个线程修改一个变量的时候,其他的线程能够及时知道)

  3、虽然ReentrantLock命名为可重入锁,但是实际上synchronized也是一样可重入的(可重入:当一个线程拿到某个锁后,当该线程在释放该锁之前,可以重复获取该锁)

 

  打个比方:比如你去食堂排队打饭,饭桶只有一个饭勺。你手中拿着勺子,其他人要打饭就得等你打完,这就叫互斥性(独占性),勺子就是。你一开始左手拿着勺子,觉得姿势不爽,换成右手来拿勺子,此时勺子在你手里,你可以重复左手右手一个慢动作,这就叫可重入。当你打完饭的时候,饭桶里的饭明显少了很多(真的很能吃),其他来打饭的人马上就能看到了,这就叫可见性,饭桶是主存,你的饭盆就是工作内存

  

不同点

  写法

  首先最直观的不同点,就是写法上的不同。

1 Object object = new Object();2 synchronized (object) {3 doSomeThing(s);4 }

 

1 Lock lock=new ReentrantLock();2 lock.lock();3 try {4 doSomeThing(s);5 }finally {6 lock.unlock();7 }

  synchronized的写法相比较更简单,使用synchronized会自动加锁,synchronized同步代码块退出后,会自动释放锁。

  ReentrantLock需要在fiinally手动释放锁,如果忘记释放锁,会造成很大的麻烦。

  

  synchronized必须写在同一个代码块中,无法进行拆分。ReentrantLock在可以在不同的地方进行lock,unLock,代码也可以进行灵活编写。比如concurrentHashMap中,Segment继承ReentrantLock来进行锁操作。

  功能

  synchronized提供的功能相对单一,当需要对锁进行复杂操作的时候,synchronized就会显得力不从心。比如轮询锁、定时锁、可中断锁。

    轮询锁

  第一种场景,假设有一段代码同时需要获取两个锁,当我们使用synchronized的时候,会这么写

1 Object object1 = new Object();2 Object object2 = new Object();3 synchronized (object1) {4 synchronized (object2){5 doSomeThing(object1,object2);6 }7 }

  如果现在有另外一段代码,仍然需要同时锁住object1和object2。synchronized就必须保证同步的顺序,如果先锁住object2、再锁住object1,就有可能产生死锁。当一段程序用到多个锁,容易搞乱顺序。特别在团队开发的时候,成员之间不会知道他人通过什么样的顺序进行加锁。

  

  这个时候ReentrantLock更加灵活的优点就体现出来了。ReentrantLock提供了tryLock()方法,我们可以用这个方法来实现轮询。

1 Lock lock1 = new ReentrantLock(); 2 Lock lock2 = new ReentrantLock(); 3 while (true) { 4 if (lock1.tryLock()) { 5 try { 6 if (lock2.tryLock()) { 7 try { 8 doSomeThing(s); 9 } finally {10 lock2.unlock();11 }12 }13 } finally {14 lock1.unlock();15 }16 }17 SECONDS.sleep(1);18 }

  使用ReentrantLock的tryLock(),如上述代码所示,当我们尝试获取lock1成功、获取lock2失败的时候,我们会释放lock1,休眠一秒后重新获取两个锁。这样的好处通过放弃已经获取到的锁避免了死锁的出现,代码的安全性更高。而且获取锁的过程中,我们可以灵活的插入一些代码,比如17行所示的,每当两个锁没有同时获取成功,我们就进行一秒钟休眠(虽然正常项目中下我们不会这么处理)。

  

    定时锁

  第二种场景,如果我们需要一个程序在特定时间内完成,如果特定时间内没有拿到锁,就直接返回,放弃该任务。synchronized面对这种场景同样为难,又到了ReentrantLock登场时间。reentrantLock的tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法提供了超时返回的功能。如下示例代码:

1 Lock lock = new ReentrantLock();2 if(!lock.tryLock(1,SECONDS)){3 return;4 }5 try {6 doSomeThing();7 }finally {8 lock.unlock();9 }

  上例中,ReentrantLock尝试使用1秒的时候去获取锁,如果超过时间仍然没有获取到锁,则返回失败。如果获取锁成功,则继续执行目的代码。

    可中断锁

  在使用synchronized进行获取锁排队的时候,是无法响应中断的,当业务场景必须实时响应线程中断时,synchronized就不那么合适了。使用ReantrantLock可以使用lockInterruptibly()方法。该方法支持线程在获取锁的过程中,对线程进行中断。

1 Lock lock = new ReentrantLock();2 lock.lockInterruptibly();3 try {4 doSomeThing(s);5 } finally {6 lock.unlock();7 }

  性能

  在java 6.0之前,synchronized的性能方便比ReentrantLock弱一截,java 发布6.0之后,重新优化了synchronized的算法。ReentrantLock的性能仅比synchronized的性能稍微强一些。至于现在,在不同系统,不同硬件下,测试出来的性能都会有偏差。这边我也懒得自己再去做实验尝试,所以就不多逼逼了。

  

  公平性

  当多个线程先后请求一个被占用的锁的时候,当该锁释放,如果有算法保证最早排队的线程最先拿到锁,则这个锁就是公平锁。

  synchronized是不公平,reentrantLock则同时提供了公平锁和不公平锁两种。公平锁的好处在于,线程的先后顺序,等待最久的线程先执行。然而公平锁的性能却不如非公平锁,原因在于,假设线程A持有一个锁,并且B线程请求这个锁。由于这个锁已经被A线程持有,因此B将被挂起。当A释放的锁的时候,B将被唤醒,然后重新尝试获取该锁。与此同时,如果C线程也同时请求该锁,那么C可能在B被完全唤醒之前获取该锁、并执行任务、释放锁。即线程C可能在A、B线程持有锁的间隔中,完成操作。B线程完全唤醒之后会发现锁已经被释放了。因此并不影响B线程的执行。通过这种插队行为,能提高这个程序的吞吐量。

  默认创建的ReentrantLock都是非公平的锁,如果想创建一个公平锁,可以利用Reentrant的构造器。

  //ReentrantLock 构造器  public ReentrantLock( boolean fair){ sync = fair ? new ReentrantLock.FairSync() : new ReentrantLock.NonfairSync(); }   Lock lock = new ReentrantLock(true);

 

 

 

  以下简单贴一下reentranLock的源码,看下公平锁和非公平锁的区别:

1 static final class FairSync extends ReentrantLock.Sync { 2 3 4 //公平锁,直接进行队列 5 final void lock() { 6 acquire(1); 7 } 8 } 9 10 11 static final class NonfairSync extends ReentrantLock.Sync {12 13 14 /**15 * Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal16 * acquire on failure.17 */18 //非公平锁,可以进行插队19 final void lock() {20 if (compareAndSetState1))21 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());22 else23 acquire(1);24 }25 26 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {27 return nonfairTryAcquire(acquires);28 }29 }

 

  java语言规范并没有要求JVM以公平的方式来实现内置锁,各种JVM也确实没有这么做。ReentrantLock并没有进一步降低锁的公平性,在等待线程队列中,依旧遵循先进先出的原则。

 

 

总结

 

   synchronized与ReentrantLock相比较之后,感觉ReeantrantLock比synchronized有更强大的功能,更灵活的操作。但是相比起来,syschronzied使用门槛更低,简单粗暴,而且不会出现忘记解锁的状况。《Java并发编程实战》中建议,在synchronized无法满足需求的时候,再用ReeantrantLock,原因大致如下:

  1、synchronized简单易用,容易上手,而且不容易出现忘记解锁的情况

  2、未来更可能提高synchronized的性能,因为synchronized是JVM的内置属性