synchronized 与 Lock线程安全

原文出处：http://www.cnblogs.com/benshan/p/3551987.html

最近在做一个监控系统，该系统主要包括对数据实时分析和存储两个部分，由于并发量比较高，所以不可避免的使用到了一些并发的知识。为了实现这些要求，后台使用一个队列作为缓存，对于请求只管往缓存里写数据。同时启动一个线程监听该队列，检测到数据，立即请求调度线程，对数据进行处理。 具体的使用方案就是使用同步保证数据的正常，使用线程池提高效率。


同步的实现当然是采用锁了，java中使用锁的两个基本工具是 synchronized 和 Lock。

一直很喜欢synchronized，因为使用它很方便。比如，需要对一个方法进行同步，那么只需在方法的签名添加一个synchronized关键字。

// 未同步的方法
public void test() {}
// 同步的方法
pubilc synchronized void test() {}
 
synchronized 也可以用在一个代码块上，看
 
public void test() {
     synchronized(obj) {
          System.out.println("===");
     }
}

synchronized 用在方法和代码块上有什么区别呢？

synchronized 用在方法签名上（以test为例），当某个线程调用此方法时，会获取该实例的对象锁，方法未结束之前，其他线程只能去等待。当这个方法执行完时，才会释放对象锁。其他线程才有机会去抢占这把锁，去执行方法test,但是发生这一切的基础应当是所有线程使用的同一个对象实例，才能实现互斥的现象。否则synchronized关键字将失去意义。

（但是如果该方法为类方法，即其修饰符为static，那么synchronized 意味着某个调用此方法的线程当前会拥有该类的锁，只要该线程持续在当前方法内运行，其他线程依然无法获得方法的使用权！）

synchronized 用在代码块的使用方式：synchronized(obj){//todo code here}

当线程运行到该代码块内，就会拥有obj对象的对象锁，如果多个线程共享同一个Object对象，那么此时就会形成互斥！特别的，当obj == this时，表示当前调用该方法的实例对象。即

public void test() {
     ...
     synchronized(this) {
          // todo your code
     }
     ...
}
 

此时，其效果等同于

public synchronized void test() {
     // todo your code
}

使用synchronized代码块，可以只对需要同步的代码进行同步，这样可以大大的提高效率。

小结：
使用synchronized 代码块相比方法有两点优势：
1、可以只对需要同步的使用
2、与wait()/notify()/nitifyAll()一起使用时，比较方便

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wait() 与notify()/notifyAll()

这三个方法都是Object的方法，并不是线程的方法！
wait():释放占有的对象锁，线程进入等待池，释放cpu,而其他正在等待的线程即可抢占此锁，获得锁的线程即可运行程序。而sleep()不同的是，线程调用此方法后，会休眠一段时间，休眠期间，会暂时释放cpu，但并不释放对象锁。也就是说，在休眠期间，其他线程依然无法进入此代码内部。休眠结束，线程重新获得cpu,执行代码。wait()和sleep()最大的不同在于wait()会释放对象锁，而sleep()不会！

notify(): 该方法会唤醒因为调用对象的wait()而等待的线程，其实就是对对象锁的唤醒，从而使得wait()的线程可以有机会获取对象锁。调用notify()后，并不会立即释放锁，而是继续执行当前代码，直到synchronized中的代码全部执行完毕，才会释放对象锁。JVM则会在等待的线程中调度一个线程去获得对象锁，执行代码。需要注意的是，wait()和notify()必须在synchronized代码块中调用。

notifyAll()则是唤醒所有等待的线程。

为了说明这一点，举例如下：
两个线程依次打印"A""B",总共打印10次。

public class Consumer implements Runnable {
 
     @Override
     public synchronized void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            int count = 10;
            while(count > 0) {
                 synchronized (Test. obj) {
                     
                     System. out.print( "B");
                     count --;
                     Test. obj.notify(); // 主动释放对象锁
                     
                      try {
                           Test. obj.wait();
                           
                     } catch (InterruptedException e) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
                
           }
     }
}
 
public class Produce implements Runnable {
 
     @Override
     public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            int count = 10;
            while(count > 0) {
                 synchronized (Test. obj) {
                     
                      //System.out.print("count = " + count);
                     System. out.print( "A");
                     count --;
                     Test. obj.notify();
                     
                      try {
                           Test. obj.wait();
                     } catch (InterruptedException e) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
                
           }
 
     }
 
}

测试类如下：

public class Test {
 
     public static final Object obj = new Object();
     
     public static void main(String[] args) {
           
            new Thread( new Produce()).start();
            new Thread( new Consumer()).start();
           
     }
}
 

这里使用static obj作为锁的对象，当线程Produce启动时（假如Produce首先获得锁，则Consumer会等待），打印“A”后，会先主动释放锁，然后阻塞自己。Consumer获得对象锁，打印“B”，然后释放锁，阻塞自己，那么Produce又会获得锁，然后...一直循环下去，直到count = 0.这样，使用Synchronized和wait()以及notify()就可以达到线程同步的目的。

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除了wait()和notify()协作完成线程同步之外，使用Lock也可以完成同样的目的。

ReentrantLock 与synchronized有相同的并发性和内存语义，还包含了中断锁等候和定时锁等候，意味着线程A如果先获得了对象obj的锁，那么线程B可以在等待指定时间内依然无法获取锁，那么就会自动放弃该锁。

但是由于synchronized是在JVM层面实现的，因此系统可以监控锁的释放与否，而ReentrantLock使用代码实现的，系统无法自动释放锁，需要在代码中finally子句中显式释放锁lock.unlock();

同样的例子，使用lock 如何实现呢？

public class Consumer implements Runnable {
 
     private Lock lock;
     public Consumer(Lock lock) {
            this. lock = lock;
     }
     @Override
     public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            int count = 10;
            while( count > 0 ) {
                 try {
                      lock.lock();
                     count --;
                     System. out.print( "B");
                } finally {
                      lock.unlock(); //主动释放锁
                      try {
                           Thread. sleep(91L);
                     } catch (InterruptedException e) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
           }
 
     }
 
}
 
public class Producer implements Runnable{
 
     private Lock lock;
     public Producer(Lock lock) {
            this. lock = lock;
     }
     @Override
     public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            int count = 10;
            while (count > 0) {
                 try {
                      lock.lock();
                     count --;
                     System. out.print( "A");
                } finally {
                      lock.unlock();
                      try {
                           Thread. sleep(90L);
                     } catch (InterruptedException e) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                           e.printStackTrace();
                     }
                }
           }
     }
}

调用代码：

public class Test {
 
     public static void main(String[] args) {
           Lock lock = new ReentrantLock();
           
           Consumer consumer = new Consumer(lock);
           Producer producer = new Producer(lock);
           
            new Thread(consumer).start();
            new Thread( producer).start();
           
     }
}
 

使用建议：

在并发量比较小的情况下，使用synchronized是个不错的选择，但是在并发量比较高的情况下，其性能下降很严重，此时ReentrantLock是个不错的方案。