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Lock和synchronized (轉)

JDK1.5以后，在鎖機制方面引入了新的鎖-Lock，在網上的說法都比較籠統，結合網上的信息和我的理解這里做個總結。

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

    先說說代碼層的區別。
    synchronized：在代碼里，synchronized類似“面向對象”，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候lock，在結束的時候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。
    相關的性能測試網上已經有很多，這里也直接拿來主義，給出結論：
    在并發高是，luck性能優勢很明顯，在低并發時，synchronized也能取得優勢。具體的臨界范圍比較難定論，下面會討論。

    現在來分析它們具體的區別。
    鎖都是原子性的，也可以理解為鎖是否在使用的標記，并且比較和設置這個標記的操作是原子性的，不同硬件平臺上的jdk實現鎖的相關方法都是native的（比如park/unpark），所以不同平臺上鎖的精確度的等級由這些native的方法決定。所以網上經常可以看見的結論是“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）。

下面繼續討論怎么由代碼層到native的過程。
1、所有對象都自動含有單一的鎖，JVM負責跟蹤對象被加鎖的次數。如果一個對象被解鎖，其計數變為0。在任務（線程）第一次給對象加鎖的時候，計數變為1。每當這個相同的任務（線程）在此對象上獲得鎖時，計數會遞增。只有首先獲得鎖的任務（線程）才能繼續獲取該對象上的多個鎖。每當任務離開時，計數遞減，當計數為0的時候，鎖被完全釋放。synchronized就是基于這個原理，同時synchronized靠某個對象的單一鎖技術的次數來判斷是否被鎖，所以無需（也不能）人工干預鎖的獲取和釋放。如果結合方法調用時的棧和框架（如果對方法的調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框架，所以對于synchronized有常用的優化是鎖對象不鎖方法。實際上synchronized作用于方法時，鎖住的是“this”，作用于靜態方法/屬性時，鎖住的是存在于永久帶的CLASS，相當于這個CLASS的全局鎖，鎖作用于一般對象時，鎖住的是對應代碼塊。在HotSpot中JVM實現中，鎖有個專門的名字：對象監視器。

當多個線程同時請求某個對象監視器時，對象監視器會設置幾種狀態用來區分請求的線程
Contention List：所有請求鎖的線程將被首先放置到該競爭隊列，是個虛擬隊列，不是實際的Queue的數據結構。
Entry List：EntryList與ContentionList邏輯上同屬等待隊列，ContentionList會被線程并發訪問，為了降低對ContentionList隊尾的爭用，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：那些調用wait方法被阻塞的線程被放置到Wait Set
OnDeck：任何時刻最多只能有一個線程正在競爭鎖，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面向對象，它基于棧中的框架而不是某個具體對象，所以Lock只需要在棧里設置鎖的開始和結束（lock和unlock）的地方就行了（人工必須標明），不用關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獲取釋放，并且順序無關。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接口操作都轉嫁到Sync類上，這個類繼承了AbstractQueuedSynchronizer，它同時還包含子2個類：NonfairSync 和FairSync 從名字上可以看的出是為了實現公平和非公平性。AbstractQueuedSynchronizer中把所有的的請求線程構成一個隊列（一樣也是虛擬的），具體的實現可以參考http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6641477#，這里我就不復制了。

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

4、還有個改進我也想說下，其實很重要的。線程分阻塞（wait）和非阻塞狀態，阻塞狀態由操作系統（linux、windows等）完成，當前一個被“鎖”的線程執行完畢后，有可能在后續的線程隊列里還沒分配出一個獲取鎖而被“喚醒”的非阻塞線程，即所有線程還都是阻塞狀態時，就被系統調度（進入內核的線程是阻塞的），這樣會導致內核在用戶態和內核態之間來回接換，嚴重影響鎖的性能。在jdk1.6以前主要靠自旋鎖來解決，原理是在前一個線程結束后，爭用線程可以做一個空循環，繼續占有CPU，等待取鎖的機會。當然這樣做顯然也是浪費時間，只是在兩種浪費中選取浪費少的…… jdk1.6后引入了偏向鎖，當線程第一次獲得了監視對象，之后讓監視對象“偏向”這個線程，之后的多次調用則可以避免CAS操作，等于是置了一臨時變量來記錄位置（類似索引比較）。詳細的就涉及到匯編指令了，我也就沒太深究，偏向鎖性能優于自旋鎖，但是還是沒有達到HotSpot認為的最佳時間（一個線程上下文切換的時間）。

    綜合來看對于所有的高并發情況，采用Lock加鎖是最優選擇，但是由于歷史遺留等問題，synchronized也還是不能完全被淘汰，同時，在低并發情況下，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) 評論(0) 編輯收藏

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