多线程之：lock和synchronized的区别

多次思考过这个问题，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

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；

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。

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

Java代码  收藏代码
    1. package test.thread;  
    2.   
    3. import static java.lang.System.out;  
    4.   
    5. import java.util.Random;  
    6. import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;  
    7. import java.util.concurrent.CyclicBarrier;  
    8. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
    9. import java.util.concurrent.Executors;  
    10. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
    11. import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;  
    12. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
    13.   
    14. public class TestSyncMethods {  
    15.       
    16.     public static void test(int round,int threadNum,CyclicBarrier cyclicBarrier){  
    17.         new SyncTest("Sync",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();  
    18.         new LockTest("Lock",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();  
    19.         new AtomicTest("Atom",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();  
    20.     }  
    21.   
    22.     public static void main(String args[]){  
    23.           
    24.         for(int i=0;i<5;i++){  
    25.             int round=100000*(i+1);  
    26.             int threadNum=5*(i+1);  
    27.             CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(threadNum*2+1);  
    28.             out.println("==========================");  
    29.             out.println("round:"+round+" thread:"+threadNum);  
    30.             test(round,threadNum,cb);  
    31.               
    32.         }  
    33.     }  
    34. }  
    35.   
    36. class SyncTest extends TestTemplate{  
    37.     public SyncTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){  
    38.         super( _id, _round, _threadNum, _cb);  
    39.     }  
    40.     @Override  
    41.     /** 
    42.      * synchronized关键字不在方法签名里面，所以不涉及重载问题 
    43.      */  
    44.     synchronized long  getValue() {  
    45.         return super.countValue;  
    46.     }  
    47.     @Override  
    48.     synchronized void  sumValue() {  
    49.         super.countValue+=preInit[index++%round];  
    50.     }  
    51. }  
    52.   
    53.   
    54. class LockTest extends TestTemplate{  
    55.     ReentrantLock lock=new ReentrantLock();  
    56.     public LockTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){  
    57.         super( _id, _round, _threadNum, _cb);  
    58.     }  
    59.     /** 
    60.      * synchronized关键字不在方法签名里面，所以不涉及重载问题 
    61.      */  
    62.     @Override  
    63.     long getValue() {  
    64.         try{  
    65.             lock.lock();  
    66.             return super.countValue;  
    67.         }finally{  
    68.             lock.unlock();  
    69.         }  
    70.     }  
    71.     @Override  
    72.     void sumValue() {  
    73.         try{  
    74.             lock.lock();  
    75.             super.countValue+=preInit[index++%round];  
    76.         }finally{  
    77.             lock.unlock();  
    78.         }  
    79.     }  
    80. }  
    81.   
    82.   
    83. class AtomicTest extends TestTemplate{  
    84.     public AtomicTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){  
    85.         super( _id, _round, _threadNum, _cb);  
    86.     }  
    87.     @Override  
    88.     /** 
    89.      * synchronized关键字不在方法签名里面，所以不涉及重载问题 
    90.      */  
    91.     long  getValue() {  
    92.         return super.countValueAtmoic.get();  
    93.     }  
    94.     @Override  
    95.     void  sumValue() {  
    96.         super.countValueAtmoic.addAndGet(super.preInit[indexAtomic.get()%round]);  
    97.     }  
    98. }  
    99. abstract class TestTemplate{  
    100.     private String id;  
    101.     protected int round;  
    102.     private int threadNum;  
    103.     protected long countValue;  
    104.     protected AtomicLong countValueAtmoic=new AtomicLong(0);  
    105.     protected int[] preInit;  
    106.     protected int index;  
    107.     protected AtomicInteger indexAtomic=new AtomicInteger(0);  
    108.     Random r=new Random(47);  
    109.     //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  
    110.     private CyclicBarrier cb;  
    111.     public TestTemplate(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){  
    112.         this.id=_id;  
    113.         this.round=_round;  
    114.         this.threadNum=_threadNum;  
    115.         cb=_cb;  
    116.         preInit=new int[round];  
    117.         for(int i=0;i<preInit.length;i++){  
    118.             preInit[i]=r.nextInt(100);  
    119.         }  
    120.     }  
    121.       
    122.     abstract void sumValue();  
    123.     /* 
    124.      * 对long的操作是非原子的，原子操作只针对32位 
    125.      * 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 
    126.      */  
    127.     abstract long getValue();  
    128.   
    129.     public void testTime(){  
    130.         ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool();  
    131.         long start=System.nanoTime();  
    132.         //同时开启2*ThreadNum个数的读写线程  
    133.         for(int i=0;i<threadNum;i++){  
    134.             se.execute(new Runnable(){  
    135.                 public void run() {  
    136.                     for(int i=0;i<round;i++){  
    137.                         sumValue();  
    138.                     }  
    139.   
    140.                     //每个线程执行完同步方法后就等待  
    141.                     try {  
    142.                         cb.await();  
    143.                     } catch (InterruptedException e) {  
    144.                         // TODO Auto-generated catch block  
    145.                         e.printStackTrace();  
    146.                     } catch (BrokenBarrierException e) {  
    147.                         // TODO Auto-generated catch block  
    148.                         e.printStackTrace();  
    149.                     }  
    150.   
    151.   
    152.                 }  
    153.             });  
    154.             se.execute(new Runnable(){  
    155.                 public void run() {  
    156.   
    157.                     getValue();  
    158.                     try {  
    159.                         //每个线程执行完同步方法后就等待  
    160.                         cb.await();  
    161.                     } catch (InterruptedException e) {  
    162.                         // TODO Auto-generated catch block  
    163.                         e.printStackTrace();  
    164.                     } catch (BrokenBarrierException e) {  
    165.                         // TODO Auto-generated catch block  
    166.                         e.printStackTrace();  
    167.                     }  
    168.   
    169.                 }  
    170.             });  
    171.         }  
    172.           
    173.         try {  
    174.             //当前统计线程也wait,所以CyclicBarrier的初始值是threadNum*2+1  
    175.             cb.await();  
    176.         } catch (InterruptedException e) {  
    177.             // TODO Auto-generated catch block  
    178.             e.printStackTrace();  
    179.         } catch (BrokenBarrierException e) {  
    180.             // TODO Auto-generated catch block  
    181.             e.printStackTrace();  
    182.         }  
    183.         //所有线程执行完成之后，才会跑到这一步  
    184.         long duration=System.nanoTime()-start;  
    185.         out.println(id+" = "+duration);  
    186.           
    187.     }  
    188.   
    189. } 
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