详解Lock与synchronized 的区别

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多次思考过Lock与synchronized 的区别,都没有形成理论,今天有时间了,我把他总结出来,希望对大家有所帮助

理论知识

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

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:

  • a)  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
  • b) 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;
  • c)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;
  • d) 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;

 

性能对比分析

jdk5.0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。

总体的结论先摆出来:

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。

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

代码如下:

package com.infoyuan.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);   
           
    }   
  
}  

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