同步問題的解決--鎖對象Lock

Synchronized和lock區別

一、java.util.concurrent.locks

Lock 是java.util.concurrent.locks包下的接口，Lock 實現提供了比使用 synchronized 方法和語句可獲得的更廣泛的鎖定操作，它能以更優雅的方式處理線程同步問題。代碼如下：

public class LockTest {
   public static void main(String[] args) {
       final Outputter op = new Outputter();
       new Thread() {
           public void run() {
               op.output("zhangsan");
           }
       }.start();
       new Thread() {
           public void run() {
               op.output("lisi");
           }
       }.start();
   }
}

public class Outputter {
   private Lock lock = new ReentrantLock();// 鎖對象
   public void output(String name) {
       // TODO 線程輸出方法
       lock.lock();// 得到鎖
       try {
           for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
               System.out.print(name.charAt(i));
           }
           Thread.sleep(5000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           lock.unlock();// 釋放鎖
       }
   }
}

如此就實現了和 synchronized 一樣的同步效果。需要注意的是，用 synchronized 修飾的方法或者語句塊在代碼執行完之后鎖自動釋放，而用 Lock 需要手動釋放鎖。所以為了保證鎖最終被釋放(發生異常情況)，要把互斥區放在 try 內，釋放鎖放在 finally 內。

二、讀寫鎖【ReadWriteLock】

如果說這就是 Lock，那么它還不能更完美的處理同步問題。通常，在對數據進行讀寫的時候，為了保證數據的一致性和完整性，需要讀和寫是互斥的，寫和寫是互斥的，但讀和讀是不需要互斥的。這樣讀和讀不互斥性能更高些，來看一下不考慮互斥情況的代碼原型：

public class SharedData {
   private int sharedData;// 共享數據
   public void set(int data) {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備寫入數據");
       try {
           Thread.sleep(20);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       this.sharedData = data;
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "寫入" + this.sharedData);
   }
   public void get() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備讀取數據");
       try {
           Thread.sleep(20);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "讀取" + this.sharedData);
   }
}

public class ReadWriteLockTest {
   public static void main(String[] args) {
       final SharedData sharedData = new SharedData();
       for (int i = 0; i < 3; i++) {
           new Thread(new Runnable() {
               public void run() {
                   for (int j = 0; j < 5; j++) {
                       sharedData.set(new Random().nextInt(30));
                   }
               }
           }).start();
       }
       for (int i = 0; i < 3; i++) {
           new Thread(new Runnable() {
               public void run() {
                   for (int j = 0; j < 5; j++) {
                       sharedData.get();
                   }
               }
           }).start();
       }
   }
}

部分輸出結果：
Thread-0準備寫入數據
Thread-1準備寫入數據
Thread-3準備讀取數據
Thread-4準備讀取數據
Thread-2準備寫入數據
Thread-5準備讀取數據
Thread-5讀取13
Thread-3讀取13
Thread-3準備讀取數據
Thread-2寫入13
Thread-0寫入13
Thread-4讀取13
Thread-4準備讀取數據
Thread-1寫入13

要實現寫入和寫入互斥，讀取和寫入互斥，讀取和讀取互斥，在set和get方法加入 synchronized 修飾符：

public synchronized void set(int data) {...}    
public synchronized void get() {...}

部分輸出結果：
Thread-2準備寫入數據
Thread-2寫入23
Thread-2準備寫入數據
Thread-2寫入22
Thread-5準備讀取數據
Thread-5讀取22
Thread-5準備讀取數據
Thread-5讀取22
Thread-5準備讀取數據
Thread-5讀取22
Thread-5準備讀取數據
Thread-5讀取22
Thread-5準備讀取數據
Thread-5讀取22
Thread-4準備讀取數據
Thread-4讀取22

由結果可知，雖然寫入和寫入互斥了，讀取和寫入也互斥了，但是讀取和讀取之間也互斥了，不能并發執行，效率較低，用讀寫鎖實現代碼如下：

public class SharedData {
   private int sharedData;// 共享數據
   private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
   public void set(int data) {
       rwl.writeLock().lock();// 取到寫鎖
       try {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備寫入數據");
           try {
               Thread.sleep(20);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           this.sharedData = data;
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "寫入" + this.sharedData);
       } finally {
           rwl.writeLock().unlock();// 釋放寫鎖
       }
   }
   public void get() {
       rwl.readLock().lock();// 取到讀鎖
       try {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備讀取數據");
           try {
               Thread.sleep(20);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "讀取" + this.sharedData);
       } finally {
           rwl.readLock().unlock();// 釋放讀鎖
       }
   }
}

部分輸出結果：
Thread-0準備寫入數據
Thread-0寫入1
Thread-0準備寫入數據
Thread-0寫入8
Thread-1準備寫入數據
Thread-1寫入7
Thread-1準備寫入數據
Thread-1寫入22
Thread-1準備寫入數據
Thread-1寫入11
Thread-1準備寫入數據
Thread-1寫入8
Thread-2準備寫入數據
Thread-2寫入13
Thread-2準備寫入數據
Thread-2寫入16
Thread-2準備寫入數據
Thread-2寫入14
Thread-2準備寫入數據

三、Lock和ReentrantLock區別

1??Lock 是一個接口提供了無條件的、可輪詢的、定時的、可中斷的鎖獲取操作，所有加鎖和解鎖的方法都是顯示的。包路徑是：java.util.concurrent.locks.Lock。核心方法是lock()、unlock()、tryLock()，實現類有 ReentranLock、ReentrantReadWriteLock.ReadLock、ReentrantReadWriteLock.WriteLock。
2??ReentrantLock 是 Lock 的實現類，是一個互斥的同步器，它具有擴展的能力。在競爭條件下，ReentrantLock 的實現要比 synchronized 實現更具有可伸縮性(有可能在JVM的將來版本中改進 synchronized 的競爭性能)。這意味著當許多線程都競爭相同鎖時，使用 ReentrantLock 的吞吐量通常要比 synchronized 好。也就是說，當許多線程試圖訪問 ReentrantLock 保護的共享資源時，JVM 將花費較少的時間來調度線程，而用更多時間執行線程。雖然 ReentrantLock 類有許多優點，但是與同步相比，它有一個主要缺點：它可能忘記釋放鎖。ReentrantLock 是在工作中對方法塊加鎖使用頻率最高的。

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