同步问题的解决--锁对象Lock

Synchronized和lock区别

一、java.util.concurrent.locks

Lock 是java.util.concurrent.locks包下的接口，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作，它能以更优雅的方式处理线程同步问题。代码如下：

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();// 锁对象
   public void output(String name) {
       // TODO 线程输出方法
       lock.lock();// 得到锁
       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();// 释放锁
       }
   }
}

如此就实现了和 synchronized 一样的同步效果。需要注意的是，用 synchronized 修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁自动释放，而用 Lock 需要手动释放锁。所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况)，要把互斥区放在 try 内，释放锁放在 finally 内。

二、读写锁【ReadWriteLock】

如果说这就是 Lock，那么它还不能更完美的处理同步问题。通常，在对数据进行读写的时候，为了保证数据的一致性和完整性，需要读和写是互斥的，写和写是互斥的，但读和读是不需要互斥的。这样读和读不互斥性能更高些，来看一下不考虑互斥情况的代码原型：

public class SharedData {
   private int sharedData;// 共享数据
   public void set(int data) {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据");
       try {
           Thread.sleep(20);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       this.sharedData = data;
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.sharedData);
   }
   public void get() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据");
       try {
           Thread.sleep(20);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + 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();
       }
   }
}

部分输出结果：
Thread-0准备写入数据
Thread-1准备写入数据
Thread-3准备读取数据
Thread-4准备读取数据
Thread-2准备写入数据
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取13
Thread-3读取13
Thread-3准备读取数据
Thread-2写入13
Thread-0写入13
Thread-4读取13
Thread-4准备读取数据
Thread-1写入13

要实现写入和写入互斥，读取和写入互斥，读取和读取互斥，在set和get方法加入 synchronized 修饰符：

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

部分输出结果：
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入23
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入22
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取22
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取22
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取22
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取22
Thread-5准备读取数据
Thread-5读取22
Thread-4准备读取数据
Thread-4读取22

由结果可知，虽然写入和写入互斥了，读取和写入也互斥了，但是读取和读取之间也互斥了，不能并发执行，效率较低，用读写锁实现代码如下：

public class SharedData {
   private int sharedData;// 共享数据
   private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
   public void set(int data) {
       rwl.writeLock().lock();// 取到写锁
       try {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据");
           try {
               Thread.sleep(20);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           this.sharedData = data;
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.sharedData);
       } finally {
           rwl.writeLock().unlock();// 释放写锁
       }
   }
   public void get() {
       rwl.readLock().lock();// 取到读锁
       try {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据");
           try {
               Thread.sleep(20);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.sharedData);
       } finally {
           rwl.readLock().unlock();// 释放读锁
       }
   }
}

部分输出结果：
Thread-0准备写入数据
Thread-0写入1
Thread-0准备写入数据
Thread-0写入8
Thread-1准备写入数据
Thread-1写入7
Thread-1准备写入数据
Thread-1写入22
Thread-1准备写入数据
Thread-1写入11
Thread-1准备写入数据
Thread-1写入8
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入13
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入16
Thread-2准备写入数据
Thread-2写入14
Thread-2准备写入数据

三、Lock和ReentrantLock区别

1️⃣Lock 是一个接口提供了无条件的、可轮询的、定时的、可中断的锁获取操作，所有加锁和解锁的方法都是显示的。包路径是：java.util.concurrent.locks.Lock。核心方法是lock()、unlock()、tryLock()，实现类有 ReentranLock、ReentrantReadWriteLock.ReadLock、ReentrantReadWriteLock.WriteLock。
2️⃣ReentrantLock 是 Lock 的实现类，是一个互斥的同步器，它具有扩展的能力。在竞争条件下，ReentrantLock 的实现要比 synchronized 实现更具有可伸缩性(有可能在JVM的将来版本中改进 synchronized 的竞争性能)。这意味着当许多线程都竞争相同锁时，使用 ReentrantLock 的吞吐量通常要比 synchronized 好。也就是说，当许多线程试图访问 ReentrantLock 保护的共享资源时，JVM 将花费较少的时间来调度线程，而用更多时间执行线程。虽然 ReentrantLock 类有许多优点，但是与同步相比，它有一个主要缺点：它可能忘记释放锁。ReentrantLock 是在工作中对方法块加锁使用频率最高的。