java多线程详解(4)-多线程同步技术与lock

前言：本篇文章是对Synchronized和java.util.concurrent.locks.Lock的区别进行了详细的分析介绍

上一篇文章末最后介绍了synchronized的一些缺陷，本文主要介绍lock对象与synchronized的不同点

lock与synchronized比较

主要相同点：Lock能完成Synchronized所实现的所有功能。
主要不同点：Lock有比Synchronized更精确的线程予以和更好的性能。

Synchronized会自动释放锁，

但是Lock一定要求程序员手工释放，并且必须在finally从句中释放。
synchronized 修饰方法时 表示同一个对象在不同的线程中 表现为同步队列
如果实例化不同的对象 那么synchronized就不会出现同步效果了。

1.对象的锁 
所有对象都自动含有单一的锁。 
JVM负责跟踪对象被加锁的次数。如果一个对象被解锁，其计数变为0。在任务（线程）第一次给对象加锁的时候，计数变为1。

每当这个相同的任务（线程）在此对象上获得锁时，计数会递增。 
只有首先获得锁的任务（线程）才能继续获取该对象上的多个锁。 
每当任务离开一个synchronized方法，计数递减，当计数为0的时候，锁被完全释放，此时别的任务就可以使用此资源。 

为了讲清楚Synchronized与lock的区别，请看下面一段伪代码

//内部类
Class UserServiceTest
{
    public static User user=null;
　　

　　//synchronized修饰的成员方法
    public synchronized void save(User u)
　　{
     user=u;
     Dao.saveUser(user)
　　}
}

如果第一个线程执行如下代码

UserServiceTest test=new UserServiceTest();
User user=new User();
user.setUsername("zhangsan");
user.setPassword("123456");
test.save(user);

此时如果第二个线程执行如下代码

UserServiceTest test2=new UserServiceTest();
User user=new User();
user.setUsername("lisi");
user.setPassword("000000");
test2.save(user);

那么 现在线程1 和线程2同时启动 如果对象new的不是同一个Test
那么出现线程交叉的话 那么插入数据库中的数据就是相同的
因为你的user变量时静态的   你给他赋值第一次 假如还没有save的时候
另外一个线程改变了user的值 那么第一个线程插入时也就是第二次赋予的值了

所以要实现同步 那么可以改方法为静态的就能达到同步的效果了

public static synchronized void save(User u)
　　{
     user=u;
     Dao.saveUser(user)
　　}

修改为static的方法是存在于堆中
是全局方法 针对于所有实例化与未 实例化的对象只存在一个 所以会出现同步队列
当然不用static 也可以 那就用lock

/**
* 使用lock锁
*/
Class UserServiceTest1
{
public static User user=null;
Lock lock=new ReentrantLock();

//使用lock对象锁
public void save(User u)
{
    try{
     lock.lock();
     user=u;
     Dao.save(user);
     catch(Exception e){
        
     }
     //一定要调用lock.unlock()释放锁
     finally{
        lock.unlock();
    }
    }
}

这样无论你new多少个对象都会是线程同步的，同事lock性能高于synchronized，

但是使用时一定要手动关闭锁

代码解析

1.Lock接口

首先要说明的就是Lock，通过查看Lock的源码

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

Lock接口中每个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。

unLock()方法是用来释放锁的。

在Lock中声明了四个方法来获取锁，有什么区别?

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，并在finally块释放锁，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 = new ReentrantLock();
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需要多加一层判断

Lock lock = new ReentrantLock();
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    
}

2.ReentrantLock

ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。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。

package com.cary.base.thread;

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * lock锁的应用
 * @author cary
 * @date 2015-8-24-下午5:01:45
 * @version 1.0.0
 */
public class LockTest {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    public static void main(String[] args) {
        final LockTest test = new LockTest();

        /**
         * 创建第一个线程
         */
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                test.getLock(Thread.currentThread());
            }
        }).start();

        /**
         * 创建第二个线程
         */
        new Thread() {
            public void run() {
                test.getLock(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }

    /**
     * 获得锁
     * 
     * @param thread
     */
    public void getLock(Thread thread) {
        /**
         * 实例化锁对象
         */
        Lock lock = new ReentrantLock();
        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) {
        } finally {
            System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

运行结果

Thread-0得到了锁
Thread-1得到了锁
Thread-1释放了锁
Thread-0释放了锁

怎么会输出这个结果？第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁？原因在于，在getLock()方法中的lock变量是局部变量，

每个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁，所以就不会发生冲突。

知道了原因改起来就比较容易了，只需要将lock声明为类的属性即可。

package com.cary.base.thread;

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * lock锁的应用
 * 
 * @author cary
 * @date 2015-8-24-下午5:01:45
 * @version 1.0.0
 */
public class LockTest2 {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    public static void main(String[] args) {
        final LockTest2 test = new LockTest2();

        /**
         * 创建第一个线程
         */
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                test.getLock(Thread.currentThread());
            }
        }).start();

        /**
         * 创建第二个线程
         */
        new Thread() {
            public void run() {
                test.getLock(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }

    /**
     * 获得锁
     * 
     * @param thread
     */
    public void getLock(Thread thread) {
        /**
         * 实例化锁对象
         */
        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) {
        } finally {
            System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出结果

Thread-1得到了锁
Thread-1释放了锁
Thread-0得到了锁
Thread-0释放了锁

由输出可知：同一时刻只有一个线程可以获得锁。

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();
}

readLock()获取读锁，writeLock()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里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

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：

/**
 * synchronized读写锁效果
 * 
 * @author cary
 * @date 2015-8-24-下午5:18:14
 * @version 1.0.0
 */
public class SynchronizedLock {
    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedLock test = new SynchronizedLock();
        /**
         * 第一个线程
         */
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();
        /**
         * 第二个线程
         */
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();

    }

    /**
     * synchronized成员方法锁成
     * 
     * @param thread
     */
    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");
    }
}

输出结果：

Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1读操作完毕

这段程序的输出结果会是，直到thread0执行完读操作之后，才会打印thread1执行读操作的信息

总之一个线程执行完之后另一个线程才开始执行。

而改成用读写锁的话

package com.cary.base.thread;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 读写锁测试。
 * 
 * @author cary
 * @date 2015-8-24-下午5:27:50
 * @version 1.0.0
 */
public class ReadWriteLockTest {
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    public static void main(String[] args) {
        final ReadWriteLockTest test = new ReadWriteLockTest();
        /**
         * 线程1
         */
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            }
        }).start();
        /**
         * 线程2
         */
        new Thread() {
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();

    }

    /**
     * 使用读写锁使用 *
     * 
     * @param thread
     */
    public void get(Thread thread) {
        rwl.readLock().lock();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();

            while (System.currentTimeMillis() - start <= 0.5) {
                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();
        }
    }
}

执行结果：

Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1读操作完毕
Thread-0正在进行读操作
Thread-0读操作完毕

说明thread1和thread2在同时进行读操作。

这样就大大提升了读操作的效率。

不过要注意的是，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。

关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。

5.Lock和synchronized的选择

总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：

(1).Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；

(2).synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，      因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；

(3).Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；

(4).通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。

(5).Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

总结：

在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），

此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。

锁的相关概念介绍

1.可重入锁

　　如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，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。

看下面这段代码就明白了：

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

上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。

2.可中断锁

可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。

在Java中，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。

看一下这2个类的源代码就清楚了：

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。

本文参考：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html