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ReentrantLock鎖與內建鎖synchronized

一、內建鎖

使用Syschronized 關鍵字 同步程式碼塊(同步方法)都是使用到物件的內建鎖

1、物件內建鎖

  1. 使用物件自身的內建鎖(監視器鎖-monitor lock)
  2. 例項方法-使用例項物件鎖,static 方法 使用Class物件鎖
  3. 物件內建鎖為互斥鎖,一個同步塊,只有一個執行緒進入
  4. 同步程式碼塊中的程式碼具有原子性
  5. 進入程式碼塊內獲取到鎖,無論正常退出or異常都會釋放鎖

2、可重入

  1. 可重入,表示內建鎖獲取鎖的粒度是執行緒,而不是呼叫
  2. 同一個執行緒可以重複獲取同一個內建鎖

3、保護狀態

  1. 內建鎖可以保證原子性操作
  2. 物件的內建鎖和物件本身的狀態沒有內在關聯關係
  3. 很多類使用物件內建鎖,單物件的域不一定使用內建鎖保護
  4. 一個執行緒獲取到物件的內建鎖,其他物件同樣還是可以訪問該物件,只是獲取不了這個物件的鎖

java在設計上每個物件都有一個內建鎖,只是為了免去需要時顯示的建立鎖物件

對於包含多個變數的不變形條件,所有變數使用同一個鎖來保護,可以保證一致性

4、使用

  1. 儘量縮小同步塊的大小,耗時操作如果不是需要同步的,應該在同步塊外
  2. 同步程式碼塊如果是耗時的,會帶來活躍性或效能問題
  3. 無相關性的同步,可以使用多個、或者拆開到多個同步塊中

二、 ReentrantLock 與 synchronized對比

1、相同點

  1. 具有相同的互斥性和記憶體可見性
  2. 進入同步塊與獲取ReentrantLock,退出同步塊與釋放ReentrantLock具有相同記憶體語義
  3. 同樣是可重入

2、區別

  1. 處理鎖的不可用性問題更加靈活
  2. 同步塊無法中斷等待的執行緒,無法無限等待
  3. 必須(自動)程式碼塊後釋放鎖,包括異常,無法實現非阻塞結構的加鎖規則
  4. ReentrantLocak必須主動釋放鎖,異常不會自動釋放鎖,更加危險(忘記了釋放)

3、鎖的輪詢與定時

內建鎖中,會出現死鎖問題:出現不一致的鎖順序(相互等待),解決的方法只能重啟應用

Lock介面中定義的 tryLock()、tryLock(long timeout,TimeUnit unit)方法,可以實現可輪詢、可定時的獲取鎖操作,
在獲取不到鎖,或超時,可以輪詢重試,或者超時退出獲取請求,這樣可以有效的避免死鎖

4、可中斷鎖

Lock 介面定義的方法 lockInterruptibly()阻塞獲取鎖,能響應執行緒中斷請求,同步程式碼塊則不能響應中斷,只能一直阻塞或者成功獲取到鎖

5、非塊結構加鎖

同步程式碼塊的加鎖、釋放鎖都是基於synchronized同步關鍵字的程式碼塊,自動獲取鎖、釋放鎖,使用簡單,可以避免忘記釋放鎖的程式設計錯誤;
但這樣的加鎖規則不靈活,不能自己控制獲取和釋放

6、鎖的公平性

公平鎖:

執行緒按照獲取鎖的請求順序獲取到鎖,一個執行緒發出獲取鎖時,如果鎖已經由另一執行緒持有或者有其他執行緒在佇列等待獲取鎖,那麼這個新請求的執行緒將放入到佇列中

非公平鎖:

執行緒獲取到鎖的順序與請求鎖的順序不能保證,存線上程直接“插隊”獲取鎖的情況:一個執行緒發出獲取鎖時,如果當前鎖的狀態變為可獲取,那麼這個新請求鎖的執行緒將直接跳過等待佇列並獲取到鎖

非公平鎖比公平鎖提供更好的效能:
公平鎖在掛起執行緒和恢復執行緒時存在的開銷降低了效能,在鎖競爭激烈的情況下,恢復一個被掛起的執行緒與該執行緒真正開始執行存在嚴重的延遲,舉個公平鎖例子:A執行緒持有一個鎖,此時B執行緒請求這個鎖,則B被掛起、放入等待佇列,當A釋放鎖時,B將被喚醒,恢復執行再次嘗試獲取鎖;喚醒B並等待恢復執行是有時間消耗的;
假設A釋放鎖時,執行緒C也請求這個鎖,非公平鎖情況下,C可能會在B喚醒前直接獲得並使用這個鎖,更加充分的使用到了鎖的時間,因此吞吐量會更高

預設ReentrantLock與synchronized內建鎖都是非公平鎖,ReentrantLock也提供了非公平鎖的實現,一般情況下,非公平鎖時可以符合使用要求,java語言規範沒有要求內建鎖要實現公平,ReentrantLock也沒有降低公平性;

三、synchronized與ReentrantLock選擇

ReentrantLock擁有內建鎖沒有的特性:鎖等待(超時,輪詢)、可中斷的鎖等待阻塞、公平性鎖、更加靈活可以實現非塊結構加鎖;
而內建鎖的使用更加簡單明瞭,自動獲取鎖和釋放鎖,比ReentrantLock更加安全,不會因為忘記釋放鎖導致不可知問題;
在效能方法,java6後兩者實際相差不大。當內建鎖不能滿足使用需求是,可以考慮使用ReentrantLock,即還是優先使用內建鎖

以上只是基於對比說明了內建鎖和ReentranLock,沒有具體詳細的例子,如有不對或不能理解,還請評論交流