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详解synchronized与Lock的区别与使用
该博客转载自淳安郭富城的详解synchronized与Lock的区别与使用
1. 引言：
昨天在学习别人分享的面试经验时，看到Lock的使用。想起自己在上次面试也遇到了synchronized与Lock的区别与使用。于是，我整理了两者的区别和使用情况，同时，对synchronized的使用过程一些常见问题的总结，最后是参照源码和说明文档，对Lock的使用写了几个简单的Demo。请大家批评指正。
1.1 技术点：
1.1.1 线程与进程：
在开始之前先把进程与线程进行区分一下，一个程序最少需要一个进程，而一个进程最少需要一个线程。关系是线程–>进程–>程序的大致组成结构。所以线程是程序执行流的最小单位，而进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以下我们所有讨论的都是建立在线程基础之上。
1.1.2 Thread的几个重要方法：
我们先了解一下Thread的几个重要方法。a、start()方法，调用该方法开始执行该线程；b、stop()方法，调用该方法强制结束该线程执行；c、join方法，调用该方法等待该线程结束。d、sleep()方法，调用该方法该线程进入等待。e、run()方法，调用该方法直接执行线程的run()方法，但是线程调用start()方法时也会运行run()方法，区别就是一个是由线程调度运行run()方法，一个是直接调用了线程中的run()方法！！
看到这里，可能有些人就会问啦，那wait()和notify()呢？要注意，其实wait()与notify()方法是Object的方法，不是Thread的方法！！同时，wait()与notify()会配合使用，分别表示线程挂起和线程恢复。
这里还有一个很常见的问题，顺带提一下：wait()与sleep()的区别，简单来说wait()会释放对象锁而sleep()不会释放对象锁。这些问题有很多的资料，不再赘述。
1.1.3 线程状态：
线程总共有5大状态，通过上面第二个知识点的介绍，理解起来就简单了。
新建状态：新建线程对象，并没有调用start()方法之前
就绪状态：调用start()方法之后线程就进入就绪状态，但是并不是说只要调用start()方法线程就马上变为当前线程，在变为当前线程之前都是为就绪状态。值得一提的是，线程在睡眠和挂起中恢复的时候也会进入就绪状态哦。
运行状态：线程被设置为当前线程，开始执行run()方法。就是线程进入运行状态
阻塞状态：线程被暂停，比如说调用sleep()方法后线程就进入阻塞状态
死亡状态：线程执行结束
1.1.4 锁类型
可重入锁：在执行对象中所有同步方法不用再次获得锁
可中断锁：在等待获取锁过程中可中断
公平锁： 按等待获取锁的线程的等待时间进行获取，等待时间长的具有优先获取锁权利
读写锁：对资源读取和写入的时候拆分为2部分处理，读的时候可以多线程一起读，写的时候必须同步地写
2. synchronized与Lock的区别
2.1 两者区别
| 类别 | synchronized | Lock |
|---|---|---|
| 存在层次 | Java的关键字，在jvm层面上 | 是一个类 |
| 锁的释放 | 1、以获取锁的线程执行完同步代码，释放锁 2、线程执行发生异常，jvm会让线程释放锁 | 在finally中必须释放锁，不然容易造成线程死锁 |
| 锁的获取 | 假设A线程获得锁，B线程等待。 如果A线程阻塞，B线程会一直等待 | 分情况而定，Lock有多个锁获取的方式，具体下面会说道 大致就是可以尝试获得锁，线程可以不用一直等待 |
| 锁状态 | 无法判断 | 可以判断 |
| 锁类型 | 可重入 不可中断 非公平 | 可重入 可判断 可公平（两者皆可） |
| 性能 | 少量同步 | 大量同步 |
3. Lock详细介绍与Demo
以下是Lock接口的源码，笔者修剪之后的结果：
public interface Lock {
/**
* Acquires the lock.
*/
void lock();
/**
* Acquires the lock unless the current thread is
* {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
*/
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
/**
* Acquires the lock only if it is free at the time of invocation.
*/
boolean tryLock();
/**
* Acquires the lock if it is free within the given waiting time and the
* current thread has not been {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
*/
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
/**
* Releases the lock.
*/
void unlock();
}
从Lock接口中我们可以看到主要有个方法，这些方法的功能从注释中可以看出：
- lock()：获取锁，如果锁被暂用则一直等待
- unlock():释放锁
- tryLock(): 注意返回类型是boolean，如果获取锁的时候锁被占用就返回false，否则返回true
- tryLock(long time, TimeUnit unit)：比起tryLock()就是给了一个时间期限，保证等待参数时间
- lockInterruptibly()：用该锁的获得方式，如果线程在获取锁的阶段进入了等待，那么可以中断此线程，先去做别的事
通过 以上的解释，大致可以解释在上个部分中“锁类型(lockInterruptibly())”，“锁状态(tryLock())”等问题，还有就是前面子所获取的过程我所写的“大致就是可以尝试获得锁，线程可以不会一直等待”用了“可以”的原因。
下面是Lock一般使用的例子，注意ReentrantLock是Lock接口的实现。
lock()：
package com.brickworkers;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockTest {
private Lock lock = new ReentrantLock();
//需要参与同步的方法
private void method(Thread thread){
lock.lock();
try {
System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁");
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁");
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
LockTest lockTest = new LockTest();
//线程1
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockTest.method(Thread.currentThread());
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockTest.method(Thread.currentThread());
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
}
//执行情况：线程名t1获得了锁
// 线程名t1释放了锁
// 线程名t2获得了锁
// 线程名t2释放了锁
tryLock():
package com.brickworkers;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockTest {
private Lock lock = new ReentrantLock();
//需要参与同步的方法
private void method(Thread thread){
/* lock.lock();
try {
System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁");
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁");
lock.unlock();
}*/
if(lock.tryLock()){
try {
System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁");
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁");
lock.unlock();
}
}else{
System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"有人占着锁，我就不要啦");
}
}
public static void main(String[] args) {
LockTest lockTest = new LockTest();
//线程1
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockTest.method(Thread.currentThread());
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockTest.method(Thread.currentThread());
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
}
//执行结果： 线程名t2获得了锁
// 我是t1有人占着锁，我就不要啦
// 线程名t2释放了锁
看到这里相信大家也都会使用如何使用Lock了吧，关于tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()不再赘述。前者主要存在一个等待时间，在测试代码中写入一个等待时间，后者主要是等待中断，会抛出一个中断异常，常用度不高，喜欢探究可以自己深入研究。
前面比较重提到“公平锁”，在这里可以提一下ReentrantLock对于平衡锁的定义，在源码中有这么两段：
/**
* Sync object for non-fair locks
*/
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
/**
* Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal
* acquire on failure.
*/
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
/**
* Sync object for fair locks
*/
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
final void lock() {
acquire(1);
}
/**
* Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless
* recursive call or no waiters or is first.
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
从以上源码可以看出在Lock中可以自己控制锁是否公平，而且，默认的是非公平锁，以下是ReentrantLock的构造函数：
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();//默认非公平锁
}