Java多線程同步(鎖)的實現方法(synchronised 與reentrantlock)__java

synchronised

synchronized是Java中的關鍵字，是一種同步鎖。它修飾的對象有以下幾種： 

1. 修飾一個代碼塊，被修飾的代碼塊稱為同步語句塊，其作用的範圍是大括弧{}括起來的代碼，作用的對象是調用這個代碼塊的對象； 
2. 修飾一個方法，被修飾的方法稱為同步方法，其作用的範圍是整個方法，作用的對象是調用這個方法的對象； 
3. 修改一個靜態方法，其作用的範圍是整個靜態方法，作用的對象是這個類的所有對象； 
4. 修改一個類，其作用的範圍是synchronized後面括弧括起來的部分，作用的對象是這個類的所有對象。 修飾一個代碼塊

 1.一個線程訪問一個對象中的synchronized(this)同步代碼塊時，其他試圖訪問該對象的線程將被阻塞。我們看下面一個例子：

【Demo1】：synchronized的用法：

/** * 同步線程 */class SyncThread implements Runnable {    private static int count;    public SyncThread() {        count = 0;    }    public void  run() {        synchronized(this) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {                try {                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));                    Thread.sleep(100);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    }    public int getCount() {        return count;    }}

SyncThread的調用：

SyncThread syncThread = new SyncThread();Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");thread1.start();thread2.start();

結果如下：

SyncThread1:0SyncThread1:1SyncThread1:2SyncThread1:3SyncThread1:4SyncThread2:5SyncThread2:6SyncThread2:7SyncThread2:8SyncThread2:9

當兩個並發線程(thread1和thread2)訪問同一個對象(syncThread)中的synchronized代碼塊時，在同一時刻只能有一個線程得到執行，另一個線程受阻塞，必須等待當前線程執行完這個代碼塊以後才能執行該代碼塊。Thread1和thread2是互斥的，因為在執行synchronized代碼塊時會鎖定當前的對象，只有執行完該代碼塊才能釋放該對象鎖，下一個線程才能執行並鎖定該對象。

我們再把SyncThread的調用稍微改一下：

Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread1");Thread thread2 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread2");thread1.start();thread2.start();

結果如下：

SyncThread1:0SyncThread2:1SyncThread1:2SyncThread2:3SyncThread1:4SyncThread2:5SyncThread2:6SyncThread1:7SyncThread1:8SyncThread2:9

不是說一個線程執行synchronized代碼塊時其它的線程受阻塞嗎。為什麼上面的例子中thread1和thread2同時在執行。這是因為synchronized只鎖定對象，每個對象只有一個鎖（lock）與之相關聯，而上面的代碼等同於下面這段代碼：

SyncThread syncThread1 = new SyncThread();SyncThread syncThread2 = new SyncThread();Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");thread1.start();thread2.start();

這時建立了兩個SyncThread的對象syncThread1和syncThread2，線程thread1執行的是syncThread1對象中的synchronized代碼(run)，而線程thread2執行的是syncThread2對象中的synchronized代碼(run)；我們知道synchronized鎖定的是對象，這時會有兩把鎖分別鎖定syncThread1對象和syncThread2對象，而這兩把鎖是互不干擾的，不形成互斥，所以兩個線程可以同時執行。

2.當一個線程訪問對象的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另一個線程仍然可以訪問該對象中的非synchronized(this)同步代碼塊。 

【Demo2】：多個線程訪問synchronized和非synchronized代碼塊

class Counter implements Runnable{    private int count;    public Counter() {        count = 0;    }    public void countAdd() {        synchronized(this) {            for (int i = 0; i < 5; i ++) {                try {                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));                    Thread.sleep(100);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    }    //非synchronized代碼塊，未對count進行讀寫操作，所以可以不用synchronized    public void printCount() {        for (int i = 0; i < 5; i ++) {            try {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);                Thread.sleep(100);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    public void run() {        String threadName = Thread.currentThread().getName();        if (threadName.equals("A")) {            countAdd();        } else if (threadName.equals("B")) {            printCount();        }    }}

調用代碼:

Counter counter = new Counter();Thread thread1 = new Thread(counter, "A");Thread thread2 = new Thread(counter, "B");thread1.start();thread2.start();

結果如下：

A:0B count:1A:1B count:2A:2B count:3A:3B count:4A:4B count:5

上面代碼中countAdd是一個synchronized的，printCount是非synchronized的。從上面的結果中可以看出一個線程訪問一個對象的synchronized代碼塊時，別的線程可以訪問該對象的非synchronized代碼塊而不受阻塞。

3.指定要給某個對象加鎖：

** * 銀行賬戶類 */class Account {    String name;    float amount;    public Account(String name, float amount) {        this.name = name;        this.amount = amount;    }    //存錢    public  void deposit(float amt) {        amount += amt;        try {            Thread.sleep(100);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }    //取錢    public  void withdraw(float amt) {        amount -= amt;        try {            Thread.sleep(100);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }    public float getBalance() {        return amount;    }}/** * 賬戶操作類 */class AccountOperator implements Runnable{    private Account account;    public AccountOperator(Account account) {        this.account = account;    }    public void run() {        synchronized (account) {            account.deposit(500);            account.withdraw(500);            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + account.getBalance());        }    }}

調用代碼：

Account account = new Account("zhang san", 10000.0f);AccountOperator accountOperator = new AccountOperator(account);final int THREAD_NUM = 5;Thread threads[] = new Thread[THREAD_NUM];for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i ++) {        threads[i] = new Thread(accountOperator, "Thread" + i);        threads[i].start();}

運行結果：Thread0:10000.0Thread1:10000.0Thread2:10000.0Thread3:10000.0Thread4:10000.0Thread5:10000.0

在AccountOperator 類中的run方法裡，我們用synchronized 給account對象加了鎖。這時，當一個線程訪問account對象時，其他試圖訪問account對象的線程將會阻塞，直到該線程訪問account對象結束。也就是說誰拿到那個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。 
當有一個明確的對象作為鎖時，就可以用類似下面這樣的方式寫程式。

public void method3(SomeObject obj){    //obj 鎖定的對象    synchronized(obj)    {        // todo    }}

當沒有明確的對象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時，可以建立一個特殊的對象來充當鎖：

lass Test implements Runnable{    private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance變數    public void method()    {        synchronized(lock) {            // todo 同步代碼塊        }    }    public void run() {    }}

說明：零長度的byte數組對象建立起來將比任何對象都經濟――查看編譯後的位元組碼：產生零長度的byte[]對象只需3條作業碼，而Object lock = new Object()則需要7行作業碼。 修飾一個方法

Synchronized修飾一個方法很簡單，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method(){//todo}; synchronized修飾方法和修飾一個代碼塊類似，只是作用範圍不一樣，修飾代碼塊是大括弧括起來的範圍，而修飾方法範圍是整個函數。如將【Demo1】中的run方法改成如下的方式，實現的效果一樣。

【Demo4】：synchronized修飾一個方法

public synchronized void run() {    for (int i = 0; i < 5; i ++) {        try {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));            Thread.sleep(100);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

Synchronized作用於整個方法的寫法。 
寫法一：

public synchronized void method(){    // todo}

寫法二：

public void method(){    synchronized(this) {        // todo    }}

寫法一修飾的是一個方法，寫法二修飾的是一個代碼塊，但寫法一與寫法二是等價的，都是鎖定了整個方法時的內容。

在用synchronized修飾方法時要注意以下幾點： 

1.synchronized關鍵字不能繼承。 

雖然可以使用synchronized來定義方法，但synchronized並不屬於方法定義的一部分，因此，synchronized關鍵字不能被繼承。如果在父類中的某個方法使用了synchronized關鍵字，而在子類中覆蓋了這個方法，在子類中的這個方法預設情況下並不是同步的，而必須顯式地在子類的這個方法中加上synchronized關鍵字才可以。當然，還可以在子類方法中調用父類中相應的方法，這樣雖然子類中的方法不是同步的，但子類調用了父類的同步方法，因此，子類的方法也就相當於同步了。這兩種方式的例子代碼如下：

在子類方法中加上synchronized關鍵字

class Parent {    public synchronized void method() { }}class Child extends Parent {    public synchronized void method() { }}

在子類方法中調用父類的同步方法

class Parent {    public synchronized void method() {   }}class Child extends Parent {    public void method() { super.method();   }} 

   2.在定義介面方法時不能使用synchronized關鍵字。

   3.構造方法不能使用synchronized關鍵字，但可以使用synchronized代碼塊來進行同步。  修飾一個靜態方法

Synchronized也可修飾一個靜態方法，用法如下：

public synchronized static void method() {    // todo}

我們知道靜態方法是屬於類的而不屬於對象的。同樣的，synchronized修飾的靜態方法鎖定的是這個類的所有對象。我們對Demo1進行一些修改如下：

【Demo5】：synchronized修飾靜態方法

** * 同步線程 */class SyncThread implements Runnable {    private static int count;    public SyncThread() {        count = 0;    }    public synchronized static void method() {        for (int i = 0; i < 5; i ++) {            try {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));                Thread.sleep(100);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    public synchronized void run() {        method();    }}

調用代碼:

SyncThread syncThread1 = new SyncThread();SyncThread syncThread2 = new SyncThread();Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");thread1.start();thread2.start();

結果如下：

SyncThread1:0SyncThread1:1SyncThread1:2SyncThread1:3SyncThread1:4SyncThread2:5SyncThread2:6SyncThread2:7SyncThread2:8SyncThread2:9

syncThread1和syncThread2是SyncThread的兩個對象，但在thread1和thread2並發執行時卻保持了線程同步。這是因為run中調用了靜態方法method，而靜態方法是屬於類的，所以syncThread1和syncThread2相當於用了同一把鎖。這與Demo1是不同的。 修飾一個類

Synchronized還可作用於一個類，用法如下：

class ClassName {    public void method() {        synchronized(ClassName.class) {            // todo        }    }}

我們把Demo5再作一些修改。 
【Demo6】:修飾一個類

/** * 同步線程 */class SyncThread implements Runnable {    private static int count;    public SyncThread() {        count = 0;    }    public static void method() {        synchronized(SyncThread.class) {            for (int i = 0; i < 5; i ++) {                try {                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));                    Thread.sleep(100);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    }    public synchronized void run() {        method();    }}

其效果和【Demo4】是一樣的，synchronized作用於一個類T時，是給這個類T加鎖，T的所有對象用的是同一把鎖。

總結：

A. 無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上，如果它作用的對象是非靜態，則它取得的鎖是對象；如果synchronized作用的對象是一個靜態方法或一個類，則它取得的鎖是對類，該類所有的對象同一把鎖。 
B. 每個對象只有一個鎖（lock）與之相關聯，誰拿到這個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。 
C. 實現同步是要很大的系統開銷作為代價的，甚至可能造成死結，所以盡量避免無謂的同步控制。 java.util.concurrent.locks.lock類

 Lock是java.util.concurrent.locks包下的介面，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，我們拿Java線程(二)中的一個例子簡單的實現一下和sychronized一樣的效果，代碼如下：

1.public class LockTest {  2.    public static void main(String[] args) {  3.        final Outputter1 output = new Outputter1();  4.        new Thread() {  5.            public void run() {  6.                output.output("zhangsan");  7.            };  8.        }.start();        9.        new Thread() {  10.            public void run() {  11.                output.output("lisi");  12.            };  13.        }.start();  14.    }  15.}  16.class Outputter1 {  17.    private Lock lock = new ReentrantLock();// 鎖對象  18.    public void output(String name) {  19.        // TODO 線程輸出方法  20.        lock.lock();// 得到鎖  21.        try {  22.            for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  23.                System.out.print(name.charAt(i));  24.            }  25.        } finally {  26.            lock.unlock();// 釋放鎖  27.        }  28.    }  }

這樣就實現了和sychronized一樣的同步效果，需要注意的是，用sychronized修飾的方法或者語句塊在代碼執行完之後鎖自動釋放，而用Lock需要我們手動釋放鎖，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。 synchronized與lock的區別

java.util.concurrent.locks.lock類

· 臨界區邊界靈活了

· 鎖釋放的順序由使用者決定

· 可以有多個Condition


ReentrantLock 類

   java.util.concurrent.lock 中的 Lock 架構是鎖定的一個抽象，它允許把鎖定的實現作為 Java 類，而不是作為語言的特性來實現。這就為 Lock 的多種實現留下了空間，各種實現可能有不同的調度演算法、效能特性或者鎖定語義。 ReentrantLock 類實現了 Lock ，它擁有與 synchronized 相同的並發性和記憶體語義，但是添加了類似鎖投票、定時鎖等候和可中斷鎖等候的一些特性。此外，它還提供了在激烈爭用情況下更佳的效能。（換句話說，當許多線程都想訪問共用資源時，JVM 可以花更少的時候來調度線程，把更多時間用在執行線程上。）

  可重新進入鎖 ReentrantLock 的含義是： 當某個線程擷取某個鎖後，在未釋放鎖的情況下，第二次再訪問該鎖鎖定的另一代碼塊時，可以重新進入該塊。 

  reentrant 鎖意味著什麼呢。簡單來說，它有一個與鎖相關的擷取計數器，如果擁有鎖的某個線程再次得到鎖，那麼擷取計數器就加1，然後鎖需要被釋放兩次才能獲得真正釋放。這模仿了 synchronized 的語義；如果線程進入由線程已經擁有的監控器保護的 synchronized 塊，就允許線程繼續進行，當線程退出第二個（或者後續） synchronized 塊的時候，不釋放鎖，只有線程退出它進入的監控器保護的第一個 synchronized 塊時，才釋放鎖。

  在基本用法上，二者類似。但是ReentrantLock增加了一些進階特性，只要有以下三個：

第一、等待可中斷

第二、公平鎖

第三、鎖綁定多個條件

  等待可中斷是指，等待的線程在等待超過一定時間之後，可以選擇繼續等待，或者也可以不等待直接去做其他事情了。這對於執行時間非常長的同步塊來說很有用。

  公平鎖是指，線程必須按照排隊的順序來獲得鎖，而非公平鎖則不保證這一點。在非公平鎖中，任何一個等待的線程都有可能獲得鎖。

  鎖綁定多個條件是指，一個 ReentrantLock對象可以同時綁定多個Condition對象。而在syncronized中，鎖對象的wait和notify或者是 notifyall方法可以實現一個隱含的條件，如果要和多於一個的條件進行關聯的時候，則不得不額外的添加一個鎖。ReentrantLock不需要額外的添加一個鎖，只需要多次調用newCondition()方法即可。 ReentrantLock 和Synchronized 區別

1、ReentrantLock 擁有Synchronized相同的並發性和記憶體語義，此外還多了鎖投票，定時鎖，等候和中斷鎖等候
     線程A和B都要擷取對象O的鎖定，假設A擷取了對象O鎖，B將等待A釋放對O的鎖定，
     如果使用 synchronized ，如果A不釋放，B將一直等下去，不能被中斷
     如果 使用ReentrantLock，如果A不釋放，可以使B在等待了足夠長的時間以後，中斷等待，而幹別的事情
 
    ReentrantLock擷取鎖定與三種方式：
    a)  lock(), 如果擷取了鎖立即返回，如果別的線程持有鎖，當前線程則一直處於休眠狀態，直到擷取鎖
    b)  tryLock(), 如果擷取了鎖立即返回true，如果別的線程正持有鎖，立即返回false；
    c)  tryLock(long timeout,TimeUnit unit)，   如果擷取了鎖定立即返回true，如果別的線程正持有鎖，會等待參數給定的時間，在等待的過程中，如果擷取了鎖定，就返回true，如果等待逾時，返回false；
    d)  lockInterruptibly:如果擷取了鎖定立即返回，如果沒有擷取鎖定，當前線程處於休眠狀態，直到或者鎖定，或者當前線程被別的線程中斷
 
2、synchronized是在JVM層面上實現的，不但可以通過一些監控工具監控synchronized的鎖定，而且在代碼執行時出現異常，JVM會自動釋放鎖定，但是使用Lock則不行，lock是通過代碼實現的，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中
 
3、在資源競爭不是很激烈的情況下，Synchronized的效能要優於ReetrantLock，但是在資源競爭很激烈的情況下，Synchronized的效能會下降幾十倍，但是ReetrantLock的效能能維持常態；

與syncronized相比，ReentrantLock的效能可以保持在一個比較穩定的水平。從java1.6開始，syncronized與ReentrantLock在效能上完全持平了。所以在1.6之後，效能就不是選擇ReentrantLock的原因了。

  最後總結一下

  很多人都知道重入鎖的效能高於synchronized，其實這個是停留在JDK1.5的階段，在JDK到1.6的時候引入了許多針對synchronized的最佳化措施，如自旋鎖、輕量級鎖、偏向鎖等，效能上也基本和重入鎖持平了。個人覺得如果用不到重入鎖的一些特殊的功能盡量不要用重入鎖，原因主要有兩個方面：

  1、畢竟大部分開發人員對synchronized的熟悉遠遠超過重入鎖且重入鎖需要手動釋放鎖，如果一旦忘記釋放就很悲劇了；

  2、synchronized畢竟是JVM語義層級的，JDK1.6效能已經不弱於Lock了，以後的肯恩會更多的針對這部分做效能最佳化。

參考：

並發編程之ThreadLocal、Volatile、synchronized、Atomic關鍵字掃盲