java同步关键词解释、synchronized、线程锁(Lock)

    xiaoxiao2023-08-12  106

    1、java同步关键词解释

    21.1 synchronized

    synchronized是用来实现线程同步的!!!

     

                       加同步格式:

                       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。

                       }

             见代码MySynchronized

    package thread1;

     

    public class MySynchronzed {

     

         public static void main(String[] args) {

             //final MySynchronzed mySynchronzed = new MySynchronzed();

             //final MySynchronzed mySynchronzed2 = new MySynchronzed();

             new Thread("thread1") {

                  public void run() {

                       synchronized ("sb") {

                           try {

                                System.out.println(this.getName() + " start");

                                Thread.sleep(5000);

                                //int i = 1 / 0;   //如果发生异常,jvm会将锁释放

                                System.out.println(this.getName() + "醒了");

                                System.out.println(this.getName() + " end");

                           } catch (Exception e) {

                                e.printStackTrace();

                           }

                       }

                  }

             }.start();

            

             new  Thread("thread2") {

                  public void run() {

                       //争抢同一把锁时,线程1没有释放之前,线程2只能等待

                       //如果不是一把锁,可以看到两句话同时打印

                       synchronized ("sb") {

                           System.out.println(this.getName() + " start");

                           System.out.println(this.getName() +  " end");

                       }

                  }

             }.start();

         }

    }

     

    Ø  synchronized的缺陷

    synchronized是java中的一个关键字,也就是说是Java语言内置的特性。

    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;

    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。

    2.2 lock

    Ø  locksynchronized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。

     

    Ø  java.util.concurrent.locks包下常用的类

     

    ²  Lock

      首先要说明的就是Lock,通过查看Lock的源码可知,Lock是一个接口:

    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()方法是用来释放锁的。

     

    四个获取锁方法的区别:

      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。

     

    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。

     

      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。

      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。

     

    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”。

     

    以下是ReentrantLock的使用案例:

     

      例子1,lock()的正确使用方法

             见代码MyLockTest

    package lock;

     

    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();

       

        /**

         * 演示只有一个线程释放了,其它线程才能够获得锁的过程

         */

        public static void main(String[] args) {

            new Thread() {

            public void run() {

                 Thread thread = Thread.currentThread();

                

                 //阻塞式的

                 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) {

                        e.printStackTrace();

                    } 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) {

                        e.printStackTrace();

                    } finally {

                        System.out.println(thread.getName() +  "释放了锁");

                        lock.unlock();

                    }

            }

            }.start();

        }

    }

     

    例子2,tryLock()的使用方法

    见代码MyTryLock

    package lock;

     

    import java.util.ArrayList;

    import java.util.concurrent.locks.Lock;

    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

     

    public class MyTryLock {

        private static ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

        //注意这个地方

        static Lock lock = new ReentrantLock();

       

        public static void main(String[] args) {

              new Thread() {

                @Override

                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) {

                                      e.printStackTrace();

                                } 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) {

                                      e.printStackTrace();

                                } finally {

                                      System.out.println(thread.getName() + " 释放了锁");

                                      lock.unlock();

                                }

                          }

                }

              }.start();

          }

    }

     

    例子3,lockInterruptibly()响应中断的使用方法:

    见代码MyInterruptibly

    package 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,会等待,但是可以被中断等待

     */

    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 (Exception e) {

                  e.printStackTrace();

             }

            //调用中断方法来测试能否中断等待中的线程

            thread1.interrupt();

            System.out.println("=====================");

         }

       

        public void insert(Thread thread) throws InterruptedException {

        //注意:如果需要正确中断等待的线程,必须将获得锁放在外面,然后将InterruptedException抛出

        lock.lockInterruptibly();

        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;

        }

       

        public void run() {

        try {

                  test.insert(Thread.currentThread());

             } catch (Exception e) {

                  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断");

             }

        }

    }

     

    ²  ReadWriteLock (可以区别对待读、写的操作)

      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。

     

    ²  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。

    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

    见代码MySynchronizedReadWrite

    package thread1;

     

    /**

     * 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

     */

    public class MySynchronizedReadWrite {

         public static void main(String[] args) {

             final MySynchronizedReadWrite test = new MySynchronizedReadWrite();

     

             new Thread() {

                  public void run() {

                       test.operate(Thread.currentThread());

                  };

             }.start();

     

             new Thread() {

                  public void run() {

                       test.operate(Thread.currentThread());

                  };

             }.start();

         }

     

         public synchronized void operate(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:

    见代码MyReentrantReadWriteLock

    package thread1;

     

    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读锁,其他线程还是申请读锁,则可以并发进行

     * 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。

     * @author

     */

    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 <= 1000) {

                         System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");

                         Thread.sleep(100);

                     }

                     System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");

                 }catch(Exception e){} 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。

      

    ²  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。

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