[Java] [Lock] [Synchronized VS ReentrantLock]
Overview
- java编写多线程程序时,为了保证线程安全,需要对数据进行同步,经常用到的两种同步方式就是synchronized和重入锁ReentrantLock。
相似点
- 都是加锁方式
- 都是阻塞式同步。即若一个线程获得了对象锁,进入了同步块,其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外等待,而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的(os需要在用户态和内核态之间来回切换)。
区别
- synchronized是java语言的关键字,是原生语法层面的互斥,需要jvm实现;而ReentrantLock是JDK1.5之后提供的API层面的互斥锁,需要lock()和unlock()方法配合try/finnally语句块来完成。
Synchronized
- synchronized通过编译,会在同步块前后分别形成menitorenter和monitorexit这两个字节码。
- 在执行monitorenter指令时,首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定,或者当前线程已经拥有了那个对象锁,把锁的计算器加1,相应的mointorexit的时候减1。
- 当计数器间到0时,锁就被释放了。
- 如果对象获取锁失败,那么当前就要阻塞,直到对象锁被另一个线程释放为止。
- synchronized的重要特性:
- 把代码块声明为synchronized会使代码块具有原子性(即一个线程一次只能执行由一个指定lock保护的代码,从而防止多个线程在更新共享状态时互相冲突)和可见性(用来对付内存缓存和编译器优化的各种反常行为)。
- synchronized存在的不足:
- 无法中断一个正在等候获得锁的线程;
- 无法通过轮询来得到锁;
- 同步锁的释放只能在与获得锁所在的堆栈帧相同的堆栈帧中进行。
ReentrantLock
- ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥锁,相比synchronized,提供了一些高级功能:
- 等待可中断:持有锁的线程长期不释放时,正在等待的线程可以选择放弃等待。这相对于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况;
- 可支持公平锁:公平锁,即多个线程等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序获得锁。synchronized锁是非公平锁;
- 锁绑定多个条件:一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个对象。
- ReentrantLock的demo usage:
注意锁必须在finnally块中释放,否则当受保护的代码抛出异常时,锁可能永远得不到释放。public class SynDemo {
public static void main(String[] args) {
Runnable t1 = new MyThread();
new Thread(t1, "t1").start();
new Thread(t2, "t2").start();
}
} class MyThread implements Runnable {
private Lock lock = new ReentrantLock();
public void run() {
lock.lock();
try {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread.getName() + ":" + i);
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
} - 因为ReentrantLock是lock的一个抽象,是一个Java类,而不是语言的特性。这就为Lock的多种实现留下了空间,各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。
- ReentrantLock拥有与synchronized相同的并发性和内存语义,但是添加了类似轮询锁、定时锁等候和可中断等候的一些特性。此外,它还提供了在激烈争用情况下的更佳性能。
- reentrant意味着什么呢?简单来说,它有一个与锁相关的获取计数器,如果拥有锁的某个线程再次得到锁,那么获取计数器就加1,然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了
synchronized
的语义;如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块,就允许线程继续进行,当线程退出第二个(或者后续)synchronized
块的时候,不释放锁,只有线程退出它进入的监控器保护的第一个synchronized
块时,才释放锁。 - 这些也不意味着reentrantLock可以完全取代synchronized:使用sychronized时不可能忘记释放锁;当JVM用 synchronized 管理锁定请求和释放时,JVM 在生成线程转储时能够包括锁定信息,这些对调试非常有价值,因为它们能标识死锁或者其他异常行为的来源。相比之下,
Lock
类只是普通的类,JVM 不知道具体哪个线程拥有Lock
对象。 - 什么时候用ReentrantLock代替synchronized:在需要ReentrantLock独有的特性(时间锁等候、可中断锁等候、无块结构锁、多个条件变量或者轮询锁)或者是在高度争用的情况下(ReentrantLock具有可伸缩性)使用。
公平锁
- 公平是好事,但是保证公平需要很大的性能成本。
- 要确保公平所需要的记账(bookkeeping)和同步,就意味着被争夺的公平锁要比不公平锁的吞吐率更低。
- synchronized永远是不公平的。但JVM保证了所有线程最终都会得到它们所等候的锁,这意味着统计上的公平。
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