java-锁 synchroinized & lock

线程安全问题：多线程对有状态可变的共享变量的修改，导至的问题。

需要使用锁来解决线程安全问题。

 

锁： 线程互斥性，内存可见性。

        线程互斥性：保证了对有状态可变的共享变量的顺序访问。

                 只有线程获得了锁才能对变量访问，线程释放锁之后，其它线程才能获得锁。

这是线程获得锁-》读写变量--》释放锁--下一个线程  --获得锁-》读写变量--》的过程 。

内存可见性: 进入获得锁后，变量从主内存读取，而不是缓存中读取，锁释放前，修改的变量写回主内存。

            下一条线程获得锁后，从主内存中取得的变量的有效数据。

 一、相同点

1.互斥性及可见性 

synchroinized:java 语法，可重入锁

   1.jvm控制线程互斥

   2.jvm控制内存可见性 （同步代码块中修改过的变量被写回主存）

  

 

 ReentrantLock ： java类，可重入锁 

   1.使用Unsafe.park 或 Unsafe.unPack 阻塞线程或唤醒线程 ，控制线程的顺序执行。

   2.可见性保证：内部持有一个volatile 变量state：

           lock时，读state,让缓存失效，数据都从主内中读取。

           unlock时，写state,缓存中的数据写回主存。

   

2.都是可重入锁

3.支持非公平锁（ReentrantLock 支持非公平锁和公平锁，synchronized 是非公平锁。非公平锁性能比公平锁高一些）

 

二、不同点

1.写法

   a. synchronized 可以在静态方法，实例方法上，代码块上，不需要主机释放锁

       lock 代码块上，需要在 finally 里主动释放锁 lock.unlock()

2.公平性

       ReentrantLock 支持公平和非公平锁，synchronized 是非公平锁

3.锁等待及中断

      synchronized  :在锁被占用时，一直等待直到获得锁。--不支持中断

      Lock.lock() :在锁被占用时，一直等待直到获得锁。--不支持中断

      Lock.tryLock()  : 在锁被占用时，立即返回false.--不支持中断

      Lock.tryLock(long time, TimeUnit unit):在锁被占用时,等待指定时间，如果还未获得锁，则返回false

                                                                     --支持中断。

      Lock.lockInterruptibly()   : :在锁被占用时，一直等待直到获得锁.--支持中断

  

 4.锁定范围

       synchronized  ：同一个监控器对象，可以是类实例，静态类。（内存地址相同的）

       Lock ：同一个Lock实例

    

 

 

 

 

 

 

性能对比：

8个逻辑CPU,启用多个线程 从0开始+1 计数

竞争非常激烈：（锁内执行是时间约 0.05ms）  目标总值为：1000000000
16条线程：
使用synchronized:  use time:132秒 ，总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：1条线程运行，15线程阻塞 java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
使用ReentrantLock: use time:39秒  ，总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：1条线程运行，15线程阻塞 java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
使用CAS自旋锁:     没有执行，原因：会执行很长时间,8个cpu 100%,怕把cpu烧坏了。


4条线程：
使用synchronized:  use time:139秒 ，总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：4个cpu 70%左右，1条线程运行，3线程阻塞 java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
使用ReentrantLock: use time:43秒  ，总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：4个cpu 40%左右，1条线程运行，3线程阻塞 java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
使用CAS自旋锁:     use time:很长时间， 总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：4个cpu 100%,    4条线程运行，

1条线程：
使用synchronized:  use time:29秒 ， 总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：1个cpu 100%,1条线程运行, 
使用ReentrantLock: use time:23秒  ，总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：1个cpu 100%,1条线程运行,
使用CAS自旋锁:     use time:17秒  ，总值：1000000000，执行其间打印线程状态 ：1个cpu 100%,1条线程运行，


竞争不激烈:(锁内代执行是时间约 0.05ms，锁内sleep(1ms),两个锁间sleep(1ms))  目标总值为：100000
4条线程：(相当于2线程抢一个锁)
使用synchronized:  use time:111秒  ，总值：100000，cpu非常低
使用ReentrantLock: use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低
使用CAS自旋锁:     use time:110秒  ，总值：100000，4个cpu 50%

16条线程：（相当于8个线程抢一个锁）
使用synchronized:  use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低
使用ReentrantLock: use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低
 


32条线程：（相当于16个线程抢一个锁）
使用synchronized:  use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低
使用ReentrantLock: use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低
 

256条线程：（相当于128个线程抢一个锁）
使用synchronized:  use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低
使用ReentrantLock: use time:112秒  ，总值：100000，cpu非常低

性能分析：
CAS自旋锁 ：极少情况有竞争，锁内执行时间1ms以内--情况使用。要小心！
一般情况下，synchronized与ReentrantLock 性能相当。
在竞争极其激烈，线程极短时间内频繁阻塞唤醒，情况下使用ReentrantLock，性能好些。