Lock synchronized 详细讲解


Synchronzied:


我们先来看下synchronized这个关键字,Java中这个类似于锁的东东,

Synchronzied关键字的作用一个词概括就是:线程同步。它可以用来修改对象中的方法,将对象加锁。相当于不管哪一个线程A每次运行到这个方法时,都要检查有没有其它正在用这个方法的线程B(或者C D等),有的话要等正在使用这个方法的线程B(或者C D)运行完这个方法后再运行此线程A,没有的话,直接运行。

Synchronzied关键字包括两种用法:synchronized 方法和 synchronized 块。

1.      synchronized方法

如:public synchronized void accessVal(int newVal);

synchronized 方法控制对类成员变量的访问:每个类实例对应一把锁,每个 synchronized方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行,否则所属线程阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到从该方法返回时才将锁释放,此后被阻塞的线程方能获得该锁,重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例,其所有声明为 synchronized的成员函数中至多只有一个处于可执行状态(因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁),从而有效避免了类成员变量的访问冲突(只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized)。在 Java中,不光是类实例,每一个类也对应一把锁,这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized,以控制其对类的静态成员变量的访问。

2.      synchronized

synchronized 方法是对整个方法进行加锁。若将一个大的方法声明为synchronized将会大大影响效率,典型地,若将线程类的方法 run()声明为 synchronized ,由于在线程的整个生命期内它一直在运行,因此将导致它对本类任何 synchronized方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中,将其声明为 synchronized,并在主方法中调用来解决这一问题,但是Java为我们提供了更好的解决办法,那就是 synchronized 块。

如:synchronized(syncObject) {

  //允许访问控制的代码

  }

synchronized 块是这样一个代码块,其中的代码必须获得对象 syncObject(如前所述,可以是类实例或类)的锁方能执行,具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块,且可任意指定上锁的对象,故灵活性较高。

1.当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。

2.然而,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。
3.尤其关键的是,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞。
4.第三个例子同样适用其它同步代码块。也就是说,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,它就获得了这个object的对象锁。结果,其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。
5.以上规则对其它对象锁同样适用.


下面来说一下synchronized(this)和synchronized(obj)的区别:

synchronized(this)中this指调用该方法的引用对象,obj则可以为任意 引用对象;

Java语法规定,任何线程执行同步方法、同步代码块 之前,必须先获取对应的监视器JAVA的synchronized()方法类似于操作系统概念中的互斥内存块,在JAVA中的Object类型中,都是带有一个内存锁的,在有线程获取该内存锁后,其它线程无法访问该内存,从而实现JAVA中简单的同步、互斥操作。明白这个原理,就能理解为什么synchronized(this)与synchronized(static XXX)的区别了,synchronized就是针对内存区块申请内存锁,this关键字代表类的一个对象,所以其内存锁是针对相同对象的互斥操作,而static成员属于类专有,其内存空间为该类所有成员共有,这就导致synchronized()对static成员加锁,相当于对类加锁,也就是在该类的所有成员间实现互斥,在同一时间只有一个线程可访问该类的实例。如果只是简单的想要实现在JAVA中的线程互斥,明白这些基本就已经够了。但如果需要在线程间相互唤醒的话就需要借助Object.wait(), Object.nofity()了。

synchronized(class)很特别,它会让另一个线程在任何需要获取class做为monitor的地方等待.class与this做为不同的监视器可以同时使用,不存在一个线程获取了class,另一个线程就不能获取该class的一切实例.

根据下面的代码自行修改,分别验证下面的几种情况:

synchronized(class)
synchronized(this)
->线程各自获取monitor,不会有等待.
synchronized(this)
synchronized(this)
->如果不同线程监视同一个实例对象,就会等待,如果不同的实例,不会等待.
synchronized(class)
synchronized(class)
->如果不同线程监视同一个实例或者不同的实例对象,都会等待.





synchronized 和 Lock(用一个实例,打印机方便大家理解):

同步的实现当然是采用锁了,java中使用锁的两个基本工具是 synchronized 和 Lock。
 
一直很喜欢synchronized,因为使用它很方便。比如,需要对一个方法进行同步,那么只需在方法的签名添加一个synchronized关键字。
 
// 未同步的方法
public void test() {}
// 同步的方法
pubilc synchronized void test() {}
 
synchronized 也可以用在一个代码块上,看
 
public void test() {
     synchronized(obj) {
          System.out.println("===");
     }
}
 
synchronized 用在方法和代码块上有什么区别呢?
 
synchronized 用在方法签名上(以test为例),当某个线程调用此方法时,会获取该实例的对象锁,方法未结束之前,其他线程只能去等待。当这个方法执行完时,才会释放对象锁。其他线程才有机会去抢占这把锁,去执行方法test,但是发生这一切的基础应当是所有线程使用的同一个对象实例,才能实现互斥的现象。否则synchronized关键字将失去意义。
 
但是如果该方法为类方法,即其修饰符为static,那么synchronized 意味着某个调用此方法的线程当前会拥有该类的锁,只要该线程持续在当前方法内运行,其他线程依然无法获得方法的使用权!
 
synchronized 用在代码块的使用方式:synchronized(obj){//todo code here}
 
当线程运行到该代码块内,就会拥有obj对象的对象锁,如果多个线程共享同一个Object对象,那么此时就会形成互斥!特别的,当obj == this时,表示当前调用该方法的实例对象。即
 
public void test() {
     ...
     synchronized(this) {
          // todo your code
     }
     ...
}
 
此时,其效果等同于
public synchronized void test() {
     // todo your code
}
 
 
使用synchronized代码块,可以只对需要同步的代码进行同步,这样可以大大的提高效率。
 
小结:
使用synchronized 代码块相比方法有两点优势:
1、可以只对需要同步的使用
2、与wait()/notify()/nitifyAll()一起使用时,比较方便
 
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 
wait() 与notify()/notifyAll()
 
这三个方法都是Object的方法,并不是线程的方法!
wait():释放占有的对象锁,线程进入等待池,释放cpu,而其他正在等待的线程即可抢占此锁,获得锁的线程即可运行程序。而sleep()不同的是,线程调用此方法后,会休眠一段时间,休眠期间,会暂时释放cpu,但并不释放对象锁。也就是说,在休眠期间,其他线程依然无法进入此代码内部。休眠结束,线程重新获得cpu,执行代码。 wait()和sleep()最大的不同在于wait()会释放对象锁,而sleep()不会!
 
notify(): 该方法会唤醒因为调用对象的wait()而等待的线程,其实就是 对对象锁的唤醒,从而使得wait()的线程可以有机会获取对象锁。调用notify()后,并不会立即释放锁,而是继续执行当前代码,直到synchronized中的代码全部执行完毕,才会释放对象锁。JVM则会在等待的线程中调度一个线程去获得对象锁,执行代码。需要注意的是, wait()和notify()必须在synchronized代码块中调用
 
notifyAll()则是唤醒所有等待的线程。
 
为了说明这一点,举例如下:
两个线程依次打印"A""B",总共打印10次。
 
public  class  Consumer  implements  Runnable {
 
      @Override
      public  synchronized  void  run() {
             //  TODO  Auto-generated method stub
             int  count = 10;
             while (count > 0) {
                  synchronized  (Test.  obj ) {
                     
                     System.  out .print(  "B" );
                     count --;
                     Test.  obj .notify();  // 主动释放对象锁
                     
                       try  {
                           Test.  obj .wait();
                           
                     }  catch  (InterruptedException e) {
                             //  TODO  Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
                
           }
     }
}
 
public  class  Produce  implements  Runnable {
 
      @Override
      public  void  run() {
             //  TODO  Auto-generated method stub
             int  count = 10;
             while (count > 0) {
                  synchronized  (Test.  obj ) {
                     
                       //System.out.print("count = " + count);
                     System.  out .print(  "A" );
                     count --;
                     Test.  obj .notify();
                     
                       try  {
                           Test.  obj .wait();
                     }  catch  (InterruptedException e) {
                             //  TODO  Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
                
           }
 
     }
 
}
 
测试类如下:
 
public  class  Test {
 
      public  static  final  Object  obj  =  new  Object();
     
      public  static  void  main(String[] args) {
           
             new  Thread(  new  Produce()).start();
             new  Thread(  new  Consumer()).start();
           
     }
}
 
这里使用static obj作为锁的对象,当线程Produce启动时(假如Produce首先获得锁,则Consumer会等待),打印“A”后,会先主动释放锁,然后阻塞自己。Consumer获得对象锁,打印“B”,然后释放锁,阻塞自己,那么Produce又会获得锁,然后...一直循环下去,直到count = 0.这样,使用Synchronized和wait()以及notify()就可以达到线程同步的目的。
 
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 
除了wait()和notify()协作完成线程同步之外,使用Lock也可以完成同样的目的。
 
ReentrantLock 与synchronized有相同的并发性和内存语义,还包含了中断锁等候和定时锁等候,意味着线程A如果先获得了对象obj的锁,那么线程B可以在等待指定时间内依然无法获取锁,那么就会自动放弃该锁。
 
但是由于synchronized是在JVM层面实现的,因此系统可以监控锁的释放与否,而ReentrantLock使用代码实现的,系统无法自动释放锁,需要在代码中finally子句中显式释放锁lock.unlock();
 
同样的例子,使用lock 如何实现呢?
 
public  class  Consumer  implements  Runnable {
 
      private  Lock  lock ;
      public  Consumer(Lock lock) {
             this .  lock  = lock;
     }
      @Override
      public  void  run() {
             //  TODO  Auto-generated method stub
             int  count = 10;
             while ( count > 0 ) {
                  try  {
                       lock .lock();
                     count --;
                     System.  out .print(  "B" );
                }  finally  {
                       lock .unlock(); //主动释放锁
                       try  {
                           Thread. sleep(91L);
                     }  catch  (InterruptedException e) {
                             //  TODO  Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
           }
 
     }
 
}
 
public  class  Producer  implements  Runnable{
 
      private  Lock  lock ;
      public  Producer(Lock lock) {
             this .  lock  = lock;
     }
      @Override
      public  void  run() {
             //  TODO  Auto-generated method stub
             int  count = 10;
             while  (count > 0) {
                  try  {
                       lock .lock();
                     count --;
                     System.  out .print(  "A" );
                }  finally  {
                       lock .unlock();
                       try  {
                           Thread. sleep(90L);
                     }  catch  (InterruptedException e) {
                             //  TODO  Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
           }
     }
}
 
调用代码:
 
public  class  Test {
 
      public  static  void  main(String[] args) {
           Lock lock =  new  ReentrantLock();
           
           Consumer consumer =  new  Consumer(lock);
           Producer producer =  new  Producer(lock);
           
             new  Thread(consumer).start();
             new  Thread( producer).start();
           
     }
}
  在并发量比较小的情况下,使用synchronized是个不错的选择,但在并发量比较高的情况下,其性能下降很严重,此时ReentrantLock是个不错的方案。

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