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Lock和synchronized (轉(zhuǎn))

JDK1.5以后，在鎖機(jī)制方面引入了新的鎖-Lock，在網(wǎng)上的說法都比較籠統(tǒng)，結(jié)合網(wǎng)上的信息和我的理解這里做個(gè)總結(jié)。

    java現(xiàn)有的鎖機(jī)制有兩種實(shí)現(xiàn)方式，J.DK1.4前是通過synchronized實(shí)現(xiàn)，JDK1.5后加入java.util.concurrent.locks包下的各種lock（以下簡稱Lock）

    先說說代碼層的區(qū)別。
    synchronized：在代碼里，synchronized類似“面向?qū)ο?#8221;，修飾類、方法、對象。
    Lock：不作為修飾，類似“面向過程”，在方法中需要鎖的時(shí)候lock，在結(jié)束的時(shí)候unlock（一般都在finally塊里）。
例如代碼：

Java代碼  
public void method1() {  
    synchronized(this){//舊鎖，無需人工釋放  
        System.out.println(1);  
    }  
}  
      
public void method2() {  
    Lock lock = new ReentrantLock();  
    lock.lock();//上鎖  
    try{  
        System.out.println(2);  
    }finally{  
        lock.unlock();//解鎖  
    }  
}  

    其次說說性能。
    相關(guān)的性能測試網(wǎng)上已經(jīng)有很多，這里也直接拿來主義，給出結(jié)論：
    在并發(fā)高是，luck性能優(yōu)勢很明顯，在低并發(fā)時(shí)，synchronized也能取得優(yōu)勢。具體的臨界范圍比較難定論，下面會(huì)討論。

    現(xiàn)在來分析它們具體的區(qū)別。
    鎖都是原子性的，也可以理解為鎖是否在使用的標(biāo)記，并且比較和設(shè)置這個(gè)標(biāo)記的操作是原子性的，不同硬件平臺(tái)上的jdk實(shí)現(xiàn)鎖的相關(guān)方法都是native的（比如park/unpark），所以不同平臺(tái)上鎖的精確度的等級(jí)由這些native的方法決定。所以網(wǎng)上經(jīng)常可以看見的結(jié)論是“Lock比synchronized有更精確的原子操作”說的也是native方法（不得不感慨C才是硬件王道）。

下面繼續(xù)討論怎么由代碼層到native的過程。
1、所有對象都自動(dòng)含有單一的鎖，JVM負(fù)責(zé)跟蹤對象被加鎖的次數(shù)。如果一個(gè)對象被解鎖，其計(jì)數(shù)變?yōu)?。在任務(wù)（線程）第一次給對象加鎖的時(shí)候，計(jì)數(shù)變?yōu)?。每當(dāng)這個(gè)相同的任務(wù)（線程）在此對象上獲得鎖時(shí)，計(jì)數(shù)會(huì)遞增。只有首先獲得鎖的任務(wù)（線程）才能繼續(xù)獲取該對象上的多個(gè)鎖。每當(dāng)任務(wù)離開時(shí)，計(jì)數(shù)遞減，當(dāng)計(jì)數(shù)為0的時(shí)候，鎖被完全釋放。synchronized就是基于這個(gè)原理，同時(shí)synchronized靠某個(gè)對象的單一鎖技術(shù)的次數(shù)來判斷是否被鎖，所以無需（也不能）人工干預(yù)鎖的獲取和釋放。如果結(jié)合方法調(diào)用時(shí)的棧和框架（如果對方法的調(diào)用過程不熟悉建議看看http://wupuyuan.iteye.com/blog/1157548），不難推測出synchronized原理是基于棧中的某對象來控制一個(gè)框架，所以對于synchronized有常用的優(yōu)化是鎖對象不鎖方法。實(shí)際上synchronized作用于方法時(shí)，鎖住的是“this”，作用于靜態(tài)方法/屬性時(shí)，鎖住的是存在于永久帶的CLASS，相當(dāng)于這個(gè)CLASS的全局鎖，鎖作用于一般對象時(shí)，鎖住的是對應(yīng)代碼塊。在HotSpot中JVM實(shí)現(xiàn)中，鎖有個(gè)專門的名字：對象監(jiān)視器。

當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)請求某個(gè)對象監(jiān)視器時(shí)，對象監(jiān)視器會(huì)設(shè)置幾種狀態(tài)用來區(qū)分請求的線程
Contention List：所有請求鎖的線程將被首先放置到該競爭隊(duì)列，是個(gè)虛擬隊(duì)列，不是實(shí)際的Queue的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
Entry List：EntryList與ContentionList邏輯上同屬等待隊(duì)列，ContentionList會(huì)被線程并發(fā)訪問，為了降低對ContentionList隊(duì)尾的爭用，而建立EntryList。，Contention List中那些有資格成為候選人的線程被移到Entry List
Wait Set：那些調(diào)用wait方法被阻塞的線程被放置到Wait Set
OnDeck：任何時(shí)刻最多只能有一個(gè)線程正在競爭鎖，該線程稱為OnDeck
Owner：獲得鎖的線程稱為Owner
!Owner：釋放鎖的線程

2、Lock不同于synchronized面向?qū)ο螅跅Ｖ械目蚣芏皇悄硞€(gè)具體對象，所以Lock只需要在棧里設(shè)置鎖的開始和結(jié)束（lock和unlock）的地方就行了（人工必須標(biāo)明），不用關(guān)心框架大小對象的變化等等。這么做的好處是Lock能提供無條件的、可輪詢的、定時(shí)的、可中斷的鎖獲取操作，相對于synchronized來說，synchronized的鎖的獲取是釋放必須在一個(gè)模塊里，獲取和釋放的順序必須相反，而Lock則可以在不同范圍內(nèi)獲取釋放，并且順序無關(guān)。java.util.concurrent.locks下的鎖類很類似，依賴于java.util.concurrent.AbstractQueuedSynchronizer，它們把所有的Lock接口操作都轉(zhuǎn)嫁到Sync類上，這個(gè)類繼承了AbstractQueuedSynchronizer，它同時(shí)還包含子2個(gè)類：NonfairSync 和FairSync 從名字上可以看的出是為了實(shí)現(xiàn)公平和非公平性。AbstractQueuedSynchronizer中把所有的的請求線程構(gòu)成一個(gè)隊(duì)列（一樣也是虛擬的），具體的實(shí)現(xiàn)可以參考http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6641477#，這里我就不復(fù)制了。

3、從jdk的源代碼來看，Lock和synchronized的源碼基本相同，區(qū)別主要在維護(hù)的同步隊(duì)列上。再往下深究就到了native方法了。

4、還有個(gè)改進(jìn)我也想說下，其實(shí)很重要的。線程分阻塞（wait）和非阻塞狀態(tài)，阻塞狀態(tài)由操作系統(tǒng)（linux、windows等）完成，當(dāng)前一個(gè)被“鎖”的線程執(zhí)行完畢后，有可能在后續(xù)的線程隊(duì)列里還沒分配出一個(gè)獲取鎖而被“喚醒”的非阻塞線程，即所有線程還都是阻塞狀態(tài)時(shí)，就被系統(tǒng)調(diào)度（進(jìn)入內(nèi)核的線程是阻塞的），這樣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間來回接換，嚴(yán)重影響鎖的性能。在jdk1.6以前主要靠自旋鎖來解決，原理是在前一個(gè)線程結(jié)束后，爭用線程可以做一個(gè)空循環(huán)，繼續(xù)占有CPU，等待取鎖的機(jī)會(huì)。當(dāng)然這樣做顯然也是浪費(fèi)時(shí)間，只是在兩種浪費(fèi)中選取浪費(fèi)少的…… jdk1.6后引入了偏向鎖，當(dāng)線程第一次獲得了監(jiān)視對象，之后讓監(jiān)視對象“偏向”這個(gè)線程，之后的多次調(diào)用則可以避免CAS操作，等于是置了一臨時(shí)變量來記錄位置（類似索引比較）。詳細(xì)的就涉及到匯編指令了，我也就沒太深究，偏向鎖性能優(yōu)于自旋鎖，但是還是沒有達(dá)到HotSpot認(rèn)為的最佳時(shí)間（一個(gè)線程上下文切換的時(shí)間）。

    綜合來看對于所有的高并發(fā)情況，采用Lock加鎖是最優(yōu)選擇，但是由于歷史遺留等問題，synchronized也還是不能完全被淘汰，同時(shí)，在低并發(fā)情況下，synchronized的性能還是比Lock好的。

原帖地址：http://wupuyuan.iteye.com/blog/1158655

posted on 2015-10-27 19:08 小秦閱讀(320) 評(píng)論(0) 編輯收藏

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