java多线程之synchronized和锁对象

矫情吗；* 2021-06-24 14:34 518阅读 0赞

JDK1.5以后加入了concurrent包，主要是为了提高多线程的开发效率，此外还提供了很多支持并发的集合类(ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList)  
1、既然都可以通过synchronized来实现同步访问了，那么为什么还需要提供Lock？  
        1） synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢？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：  
  
  
• 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；  
• 线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。  
  
  
　　那么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。  
  
  
　　2）再举个例子：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，所以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。  
  
  
　　3）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。  
  
  
总结一下，也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：  
  
  
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方法执行完之后(或抛出异常)，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。  
  
  
  
  
2、java.util.concurrent.locks包下常用的类：  
1）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();  
    Condition newCondition();  
\}  
可知，Lock中有4个方法获得锁：  
 1.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。  
Lock lock = ...;  
lock.lock();  
try\{  
    //处理任务  
\}catch(Exception ex)\{  
       
\}finally\{  
    lock.unlock();   //释放锁  
\}  
  
  
 2.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。  
 3.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。  
Lock lock = ...;  
if(lock.tryLock()) \{  
     try\{  
         //处理任务  
     \}catch(Exception ex)\{  
           
     \}finally\{  
         lock.unlock();   //释放锁  
     \}   
\}else \{  
    //如果不能获取锁，则直接做其他事情  
\}  
 4.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。  
  
  
　　由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。  
public void method() throws InterruptedException \{  
    lock.lockInterruptibly();  
    try \{  
     //.....  
    \}  
    finally \{  
        lock.unlock();  
    \}   
\}  
注：当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程(只是设置一个标记)，只能中断阻塞过程中的线程。  
  
  
　　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类：  
          ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。  
1.ReentrantLock实例：  
public class Test \{  
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();  
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方  
    public static void main(String\[\] args)  \{  
        final Test test = new Test();  
           
        new Thread()\{  
            public void run() \{  
                test.insert(Thread.currentThread());  
            \};  
        \}.start();  
           
        new Thread()\{  
            public void run() \{  
                test.insert(Thread.currentThread());  
            \};  
        \}.start();  
    \}    
       
    public void insert(Thread thread) \{  
        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) \{  
            // TODO: handle exception  
        \}finally \{  
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");  
            lock.unlock();  
        \}  
    \}  
\}  
注：创建lock对象时一定要放到成员变量位置，如果声明到了方法里(局部变量)，每个线程执行该方法时都会保存一个副本，起不到锁的作用。  
  
  
2.tryLock()的使用方法：  
public class Test \{  
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();  
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方  
    public static void main(String\[\] args)  \{  
        final Test test = new Test();  
           
        new Thread()\{  
            public void run() \{  
                test.insert(Thread.currentThread());  
            \};  
        \}.start();  
           
        new Thread()\{  
            public void run() \{  
                test.insert(Thread.currentThread());  
            \};  
        \}.start();  
    \}    
       
    public void insert(Thread thread) \{  
        if(lock.tryLock()) \{  
            try \{  
                System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");  
                for(int i=0;i<5;i++) \{  
                    arrayList.add(i);  
                \}  
            \} catch (Exception e) \{  
                // TODO: handle exception  
            \}finally \{  
                System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");  
                lock.unlock();  
            \}  
        \} else \{  
            System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");  
        \}  
    \}  
\}  
  
  
3.lockInterruptibly使用：  
public class Test \{  
    private Lock lock = new ReentrantLock();     
    public static void main(String\[\] args)  \{  
        Test test = new Test();  
        MyThread thread1 = new MyThread(test);  
        MyThread thread2 = new MyThread(test);  
        thread1.start();  
        thread2.start();  
           
        try \{  
            Thread.sleep(2000);  
        \} catch (InterruptedException e) \{  
            e.printStackTrace();  
        \}  
        thread2.interrupt();  
    \}    
       
    public void insert(Thread thread) throws InterruptedException\{  
        lock.lockInterruptibly();   //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出  
        try \{    
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");  
            long startTime = System.currentTimeMillis();  
            for(    ;     ;) \{  
                if(System.currentTimeMillis() - startTime >= 10000000)  
                    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 Test test = null;  
    public MyThread(Test test) \{  
        this.test = test;  
    \}  
    @Override  
    public void run() \{  
           
        try \{  
            test.insert(Thread.currentThread());  
        \} catch (InterruptedException e) \{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");  
        \}  
    \}  
\}  
运行之后，发现thread2能够被正确中断。  
  
  
4.ReadWriteLock，也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：Lock readLock();和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。  
  
  
5.ReentrantReadWriteLock，实现了ReadWriteLock接口。【详情，见下面】  
  
  
3、总结：  
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；(lock具有synchronized相同的内存语义)  
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。