2.java多线程_synchronized（Lock）同步

1.synchronized同步关键词

　　线程安全是并发编程中的重要关注点，应该注意到的是，造成线程安全问题的主要诱因有两点，一是存在共享数据(也称临界资源)，二是存在多条线程共同

操作共享数据。因此为了解决这个问题，我们可能需要这样一个方案，当存在多个线程操作共享数据时，需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，

其他线程必须等到该线程处理完数据后再进行，这种方式有个高尚的名称叫互斥锁，即能达到互斥访问目的的锁，也就是说当一个共享数据被当前正在访问的线

程加上互斥锁后，在同一个时刻，其他线程只能处于等待的状态，直到当前线程处理完毕释放该锁。在 Java 中，关键字 synchronized可以保证在同一个时刻，

只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，

synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能）

1.1.synchronized是Java中的关键字,是一种同步锁,它修饰的对象有以下几种：

　　1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；

　　2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；

　　3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；

　　 4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

1.2.synchronized同步代码块

　　同步格式：
        synchronized( 需要一个任意的对象（锁） ){
            代码块中放操作共享数据的代码。
        }

代码示例：

package cn.thread;
public class MySynchronized {
    public static void main(String[] args) {
        final MySynchronized mySynchronized = new MySynchronized();
        final MySynchronized mySynchronized2 = new MySynchronized();
        new Thread("thread1") {
            public void run() {
                synchronized (mySynchronized) {
                try {
                    System.out.println(this.getName()+" start");
                    //int i =1/0;   //如果发生异常，jvm会将锁释放
                    Thread.sleep(5000);
                    System.out.println(this.getName()+"醒了");
                    System.out.println(this.getName()+" end");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                }
            }
        }.start();
        new Thread("thread2") {
            public void run() {
                synchronized (mySynchronized) {        //争抢同一把锁时，线程1没释放之前，线程2只能等待
//synchronized (mySynchronized2) {    //如果不是一把锁，可以看到两句话同时打印,各自运行，相互不影响
                    System.out.println(this.getName()+" start");
                    System.out.println(this.getName()+" end");
                }
            }
        }.start();
    }
}

1.3.synchronized缺陷

　　如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而

这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：

　　1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有（自动释放）

　　2）线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁

例子1：
　　如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，
这多么影响程序执行效率。
　　因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过Lock就可以办到。
例子2：
　　当有多个线程读写文件时，读操作和写操作会发生冲突现象，写操作和写操作会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。
　　但是采用synchronized关键字来实现同步的话，就会导致一个问题：如果多个线程都只是进行读操作，当一个线程在进行读操作时，其他线程只能等
待无法进行读操作。

　　因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时，线程之间不会发生冲突，通过Lock就可以办到。
　　另外，通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。
　　总的来说，也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。

2.Lock同步

2.1.Lock和synchronized的区别

　　1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；

　　2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统

会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象

　　3）Lock是一个接口，在java.util.concurrent.locks包下

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

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

unLock()方法用来释放锁

四个获取锁方法的区别：

2.2.ReentrantLock

　　直接使用lock接口的话，我们需要实现很多方法，不太方便，ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法，

ReentrantLock，意思是“可重入锁”

2.3.ReentrantLock的使用案例：

　　1.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

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class MyLockTest {
    private static ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    static Lock lock = new ReentrantLock();
    public static <E> void main(String[] args) {
        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                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) {
                    // TODO: handle exception
                } finally {
                    System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
                    lock.unlock();
                }

            };
        }.start();

        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                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) {
                    // TODO: handle exception
                } finally {
                    System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
                    lock.unlock();
                }

            };
        }.start();
    }
}

　　2.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

package cn.cn.lock;

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 观察现象：一个线程获得锁后，另一个线程取不到锁，不会一直等待
 */
public class MyTryLock {
    private static ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    static Lock lock = new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) {
        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                boolean tryLock = lock.tryLock();
                System.out.println(thread.getName()+" "+tryLock);
                if (tryLock) {
                    try {
                        System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");
                        for (int i = 0; i < 5; i++) {
                            arrayList.add(i);
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    } finally {
                        System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
                        lock.unlock();
                    }
                }
            };
        }.start();

        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                boolean tryLock = lock.tryLock();
                System.out.println(thread.getName()+" "+tryLock);
                if (tryLock) {
                    try {
                        System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");
                        for (int i = 0; i < 5; i++) {
                            arrayList.add(i);
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    } finally {
                        System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
                        lock.unlock();
                    }
                }
            };
        }.start();
    }
}

　　3.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

　　4.lockInterruptibly()：方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果其他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只有等待，那么对线程B调用这个

interrupt()方法能够中断线程B的等待过程注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。

　　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

package cn.cn.lock;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 观察现象：如果thread-0得到了锁，阻塞。。。thread-1尝试获取锁，如果拿不到，则可以被中断等待
 */
public class MyInterruptibly {
     private Lock lock = new ReentrantLock();  

        public static void main(String[] args)  {
            MyInterruptibly test = new MyInterruptibly();
            MyThread thread0 = new MyThread(test);
            MyThread thread1 = new MyThread(test);
            thread0.start();
            thread1.start();

            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            thread1.interrupt();
            System.out.println("=====================");
        }  

        public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{
            lock.lockInterruptibly();   //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出
            try {
                System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
                long startTime = System.currentTimeMillis();
                for(    ;     ;) {
                    if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)
                        break;
                    //插入数据
                }
            }
            finally {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");
                lock.unlock();
                System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            }
        }
    }

    class MyThread extends Thread {
        private MyInterruptibly test = null;
        public MyThread(MyInterruptibly test) {
            this.test = test;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                test.insert(Thread.currentThread());
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");
            }
        }
}

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();
}

　　一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。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

3.1.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

　　例子1：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

package cn.cn.lock;
/**
 * 一个线程又要读又要写，用synchronize来实现的话，读写操作都只能锁住后一个线程一个线程地进行
 * @author
 */
public class MySynchronizedReadWrite {
    public static void main(String[] args)  {
        final MySynchronizedReadWrite test = new MySynchronizedReadWrite();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();

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

    public synchronized void get(Thread thread) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int i=0;
        while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
            i++;
            if(i%4==0){
            System.out.println(thread.getName()+"正在进行写操作");
            }else {
                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
            }
        }
        System.out.println(thread.getName()+"读写操作完毕");
    }
}

　　例子2：改成用读写锁的话：

package cn.cn.lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 使用读写锁，可以实现读写分离锁定，读操作并发进行，写操作锁定单个线程
 *
 * 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。
 *
 */
public class MyReentrantReadWriteLock {
     private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

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

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

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

        /**
         * 读操作,用读锁来锁定
         * @param thread
         */
        public void get(Thread thread) {
            rwl.readLock().lock();
            try {
                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");
            } finally {
                rwl.readLock().unlock();
            }
        }

        /**
         * 写操作，用写锁来锁定
         * @param thread
         */
        public void write(Thread thread) {
            rwl.writeLock().lock();;
            try {
                long start = System.currentTimeMillis();

                while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                    System.out.println(thread.getName()+"正在进行写操作");
                }
                System.out.println(thread.getName()+"写操作完毕");
            } finally {
                rwl.writeLock().unlock();
            }
        }
}

　　注意：

　　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。

Lock和synchronized的选择

　　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。
　　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