Synchronized与Lock的区别与应用场景

转载。 https://blog.csdn.net/fly910905/article/details/79765381

同步代码块，同步方法，或者是用java提供的锁机制，我们可以实现对共享资源变量的同步控制。

技术点：

1、线程与进程：

在开始之前先把进程与线程进行区分一下，一个程序最少需要一个进程，而一个进程最少需要一个线程。关系是线程–>进程–>程序的大致组成结构。所以线程是程序执行流的最小单位，而进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以下我们所有讨论的都是建立在线程基础之上。

2、Thread的几个重要方法：

我们先了解一下Thread的几个重要方法。

• a、start()方法，开始执行该线程；
• b、stop()方法，强制结束该线程执行；
• c、join方法，等待该线程结束。
• d、sleep()方法，线程进入等待。
• e、run()方法，直接执行线程的run()方法，但是线程调用start()方法时也会运行run()方法，区别就是一个是由线程调度运行run()方法，一个是直接调用了线程中的run()方法！！

看到这里，可能有些人就会问啦，那wait()和notify()呢？要注意，其实wait()与notify()方法是Object的方法，不是Thread的方法！！同时，wait()与notify()会配合使用，分别表示线程挂起和线程恢复。

这里还有一个很常见的问题，顺带提一下：wait()与sleep()的区别，简单来说wait()会释放对象锁而sleep()不会释放对象锁。

3、线程状态：

线程总共有5大状态，通过上面第二个知识点的介绍，理解起来就简单了。

• 新建状态：新建线程对象，并没有调用start()方法之前

• 就绪状态：调用start()方法之后线程就进入就绪状态，但是并不是说只要调用start()方法线程就马上变为当前线程，在变为当前线程之前都是为就绪状态。值得一提的是，线程在睡眠和挂起中恢复的时候也会进入就绪状态哦。

• 运行状态：线程被设置为当前线程，开始执行run()方法。就是线程进入运行状态

• 阻塞状态：线程被暂停，比如说调用sleep()方法后线程就进入阻塞状态

• 死亡状态：线程执行结束

4、锁类型

• 可重入锁（synchronized和ReentrantLock）：在执行对象中所有同步方法不用再次获得锁

• 可中断锁（synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁）：在等待获取锁过程中可中断

• 公平锁（ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock）： 按等待获取锁的线程的等待时间进行获取，等待时间长的具有优先获取锁权利

• 读写锁（ReadWriteLock和ReentrantReadWriteLock）：对资源读取和写入的时候拆分为2部分处理，读的时候可以多线程一起读，写的时候必须同步地写

• 

Synchronized与Lock的区别

类别	synchronized	Lock
存在层次	Java的关键字，在jvm层面上	是一个接口
锁的释放	1、以获取锁的线程执行完同步代码，释放锁 2、线程执行发生异常，jvm会让线程释放锁	在finally中必须释放锁，不然容易造成线程死锁
锁的获取	假设A线程获得锁，B线程等待。 如果A线程阻塞，B线程会一直等待	分情况而定，Lock有多个锁获取的方式，大致就是可以尝试获得锁，线程可以不用一直等待(可以通过tryLock判断有没有锁)
锁状态	无法判断	可以判断
锁类型	可重入 不可中断 非公平	可重入 可判断 可公平（两者皆可）
性能	少量同步	大量同步 Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。（可以通过readwritelock实现读写分离） 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； 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。

Synchronized与Static Synchronized

每个类有一个锁，它可以用来控制对static数据成员的并发访问。
访问static synchronized方法占用的是类锁，而访问非static synchronized方法占用的是对象锁。

static synchronized控制类的所有实例（对象）的访问（相应代码块）。
synchronized相当于 this.synchronized，static synchronized相当于Something.synchronized

Lock接口

Lock是一个接口

1.  
   public interface Lock {
2.  
   void lock();
3.  
   void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
4.  
   boolean tryLock();
5.  
   boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
6.  
   void unlock();
7.  
   Condition newCondition();
8.  
   }

• 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，那么这四个方法有何区别呢？

　　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：

1.  
   Lock lock = ...;
2.  
   lock.lock();
3.  
   try{
4.  
   //处理任务
5.  
   }catch(Exception ex){
6.  
    
7.  
   }finally{
8.  
   lock.unlock(); //释放锁
9.  
   }

 

　　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：

1.  
   Lock lock = ...;
2.  
   if(lock.tryLock()) {
3.  
   try{
4.  
   //处理任务
5.  
   }catch(Exception ex){
6.  
    
7.  
   }finally{
8.  
   lock.unlock(); //释放锁
9.  
   }
10.  
    }else {
11.  
    //如果不能获取锁，则直接做其他事情
12.  
    }

 

　　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。

　　由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

　　因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：

1.  
   public void method() throws InterruptedException {
2.  
   lock.lockInterruptibly();
3.  
   try {
4.  
   //.....
5.  
   }
6.  
   finally {
7.  
   lock.unlock();
8.  
   }
9.  
   }

 

　　注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。

　　因此当通过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。

Lock类型

一、公平锁/非公平锁

• 公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
• 非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。
• 对于ReentrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
• 对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

二、可重入锁

• 可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。
• 说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。
• 对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock重新进入锁。
• 对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

1.  
   synchronized void setA() throws Exception{
2.  
    
3.  
       Thread.sleep(1000);
4.  
    
5.  
       setB();
6.  
    
7.  
   }
8.  
    
9.  
   synchronized void setB() throws Exception{
10.  
     
11.  
        Thread.sleep(1000);
12.  
     
13.  
    }

三、独享锁/共享锁

• 独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
• 共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
• 对于Java ReentrantLock而言，其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。
• 读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。
• 独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。
• 对于Synchronized而言，当然是独享锁。

四、互斥锁/读写锁

• 上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。
• 互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
• 读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock

五、乐观锁/悲观锁

• 乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。
• 悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。
• 乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。
• 从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。
• 悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。
• 乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

六、分段锁

• 分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
• 我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap(JDK7与JDK8中HashMap的实现)的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。
• 当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。
• 但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。
• 分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

七、偏向锁/轻量级锁/重量级锁

• 这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
• 偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
• 轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
• 重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

八、自旋锁

• 在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

线程自旋和适应性自旋 

我们知道，java线程其实是映射在内核之上的，线程的挂起和恢复会极大的影响开销。
并且jdk官方人员发现，很多线程在等待锁的时候，在很短的一段时间就获得了锁，所以它们在线程等待的时候，并不需要把线程挂起，而是让他无目的的循环，一般设置10次。
这样就避免了线程切换的开销，极大的提升了性能。 

而适应性自旋，是赋予了自旋一种学习能力，它并不固定自旋10次一下。
他可以根据它前面线程的自旋情况，从而调整它的自旋，甚至是不经过自旋而直接挂起。