synchronized和lock

绝地灬酷狼 2021-12-07 09:53 293阅读 0赞

# Synchronized的实现原理 #

两个重要的概念：一个是对象头，另一个是monitor。  
Java 虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出Monitor对象实现  
monitorenter指令插入到同步代码块的开始位置，monitorexit指令插入到同步代码块的结束位置，  
JVM需要保证每一个monitorenter都有一个monitorexit与之相对应。  
任何对象都有一个monitor与之相关联，当且一个monitor被持有之后，他将处于锁定状态。  
线程执行到monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor所有权，即尝试获取对象的锁

# ReenTrantLock实现的原理： #

## 两个比较重要的概念 ##

第一个：状态变量，用于存储当前锁的状态，0为未被占用，1为被占用，2，3,4等均为被占用，且被同一线程重入了多次  
第二个：双线链表，用于存储排队获取锁的线程，只有队列中第一个线程被唤醒后，才有资格获取锁

## （1）获取锁 ##

通过CAS（乐观锁）去尝试修改状态变量的值（从0修改到1）
    若修改成功，即获得锁，并执行锁内程序
    若修改失败，将当前线程通过CAS加入上面锁的双向链表（等待队列）的尾部，并通过自旋，持续判断当前队列节点是否可以获取锁

## （2）释放锁 ##

1. 释放锁的线程将状态变量的值从1设置为0，并唤醒等待（锁）队列中的队首节点
    2. 被唤醒的线程（队列中的队首节点）和未进入队列并且准备获取的线程竞争获取锁，被唤醒的线程若竞争到了锁，则则将其出列，将下一个节点变成队列的头结点

# synchronized和lock的区别 #

（1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字。（设计层次）  
（2）Lock可以让等待锁的线程响应中断，线程可以中断去干别的事务，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去。（锁的获取）  
（3）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，不会自动是放占有的锁，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。（锁的释放）  
（4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。（锁状态）  
（5）synchronized 可重入、不可中断、非公平；Lock 可重入、可中断、可公平可非公平（锁类型）  
（6）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。（性能）  
（7）ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程

# 有了Synchronized为什么需要Lock #

线程进入同步代码块时，如果锁被其他线程占用，该线程只能等待  
Lock提供了这三种方式来弥补Synchronized的不足，使得我们能写出更加安全，健壮的代码。  
boolean tryLock();  
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterrptedException;  
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

# ReentrantLock获取锁的方式： #

（1） lock(), 如果获取了锁立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程则一直处于休眠状态，直到获取锁  
（2）tryLock(), 如果获取了锁立即返回true，如果别的线程正持有锁，立即返回false；  
（3）tryLock(long timeout,TimeUnit unit)， 如果获取了锁定立即返回true，如果别的线程正持有锁，会等待参数给定的时间，在等待的过程中，如果获取了锁定，就返回true，如果等待超时，返回false；  
（4）lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回，如果没有获取锁定，当前线程处于休眠状态，直到或者锁定，或者当前线程被别的线程中断

# 为什么需要读写锁 #

ReentrantLock是一个互斥锁，保证在同一时刻只有一个线程获取资源，无论是写写，读读，读写任何场景都是互斥的。  
这种互斥锁在常见的高并发场景下会显现出糟糕的低吞吐量问题。

# 读写锁的作用 #

一个资源可以被多个读操作同时访问，或者被一个写操作独占。但是两者不能同时访问。

# 效率问题 #

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。  
Lock可以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  
但是采用synchronized关键字来实现同步的话，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。

ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法，readLock()和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  
ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口

ReentrantReadWriteLock是Lock的另一种实现方式，我们已经知道了ReentrantLock是一个排他锁，同一时间只允许一个线程访问，  
而ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程、写线程和写线程同时访问。相对于排他锁，提高了并发性。  
在实际应用中，大部分情况下对共享数据（如缓存）的访问都是读操作远多于写操作，这时ReentrantReadWriteLock能够提供比排他锁更好的并发性和吞吐量。

# Lock原理总结总结 #

lock的存储结构：一个int类型状态值（用于锁的状态变更），一个双向链表（用于存储等待中的线程）  
lock获取锁的过程：本质上是通过CAS来获取状态值修改，如果当场没获取到，会将该线程放在线程等待链表中。  
lock释放锁的过程：修改状态值，调整等待链表。

# 为了便于理解，附上两张图 #

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