Java同步锁-synchronized与lock
一、synchronized关键字
1、synchronized简介
synchronized实现同步的基础：java中每个对象都可以作为锁。当线程试图访问同步代码时，必须先获得对象锁，退出或抛出异常时必须释放锁。
表现形式为：代码块同步和方法同步。
2、synchronized的使用场景
- 方法同步
public synchronized void method1(){}复制代码锁住的是该对象的一个实例，当不同线程调用该实例对象中该同步方法，线程只有一个得到锁，其余被阻塞。但如果不同线程同时对该类的不同实例对象执行该同步方法，则不会阻塞，因为他们使用不同的锁。
- 代码块同步
synchronized(this)( //ToDo}
或
synchronized(普通变量){ }复制代码同上
- 静态方法同步
public synchronized static void method3(){}复制代码锁住的是该类，当不同线程调用该类的该static同步方法时，就只能有一个线程获得锁，其余线程被阻塞。
- 静态代码块
synchronized(Test.class){ //ToDo}
或
synchronized(静态变量){ //ToDo}复制代码同上
3、synchronized锁升级
锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁和重量级锁
锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级为轻量级锁后不能降级为偏向锁。
- 偏向锁
大所述情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得所的代价更低而引入偏向锁。
当一个线程访问同步代码并获取锁时，会对对象头和栈帧中的锁记录里保存锁偏向的线程ID，以后该线程再进入和退出同步锁时，不需要进行CAS操作来加锁和解锁，而只是简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储执行当前线程的偏向锁。
偏向锁作用是：在没有别的线程竞争的时候，一直偏向当前线程，当前线程可以一直执行。
- 轻量级锁（自旋锁）
轻量级锁，由偏向锁升级而来。
偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下，当第二个线程加入锁争用的时候，偏向锁就会升级为轻量级锁。
- 重量级锁
轻量级锁膨胀之后，就升级为重量级锁。
重量级锁时依赖对象内部的monitor锁来实现的，而monitor又依赖操作系统的MutexLock（互斥锁）来实现的，所以重量级锁也被称为互斥锁（synchronized就是重量级锁）。
偏向锁
优点：加锁和解锁不需要额外的消耗
缺点：线程存在竞争，会带来额外的锁撤销的消耗
场景：单一线程访问同步块场景
轻量级锁
优点：竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。
缺点：线程自旋时不释放CPU
场景：追求响应时间，同步块执行速度非常快。
重量级锁
优点：线程竞争不使用自旋，释放CPU
缺点：线程阻塞，响应时间缓慢。
场景：追求吞吐量，同步块执行速度较长。
二、Lock接口
1、Lock接口
Lock，锁对象。在Lock接口出现之前，Java程序时靠synchronized关键字实现锁功能。而在Java SE5.0之后并发包中新增了Lock接口来实现锁的功能。
它能提供synchronized关键字类似的同步功能，但需要显示获得锁和释放锁，至于二者区别后文补充。
Lock接口的主要方法：
- void lock()
执行该方法时，若锁处于空闲状态，当前线程将获得锁。相反，如果锁已经被其他线程持有，则禁止当前线程获得锁。
- boolean tryLock()
若锁可用，则获得锁，并立即返回true，否则返回false。
tryLock()和Lock()的区别在于：
tryLock()只是尝试获得锁，若锁不可用，不会导致当前线程被禁止，当前线程仍然继续往下执行代码。
Lock()则是一定要获得锁，如果锁不可用，就一直等待，在未获得锁之前，当前线程并不继续向下自行。
- void unlock()
执行该方法时，当前线程将释放持有锁，锁只能由持有者释放，若线程没有持有锁，则执行该方法，可能导致异常方式。
- Condition newCondition()
条件对象，获得等待通知组件。该组件和当前的锁绑定，当前线程只有获得锁，才会调用该组件的await()方法，调用后，当前线程将释放锁。
2、Reentrantlock的使用
Reentrantlock的使用很简单，只需要显示调用，获得同步锁，释放同步锁即可。
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //参数默认false，不公平锁
.....................
try {
lock.lock(); //如果被其它资源锁定，会在此等待锁释放，达到暂停的效果
//操作
}catch（Exception e）{
//异常处理
} finally {
lock.unlock(); //释放锁
}复制代码reentrantlock锁，在高并发的条件下使用的性能远远高于synchronized关键字。
并且reentratnlock公平和非公平锁的队列都是基于锁内部维护的一个双向链表，表结点Node的值就是每一个请求当前锁的线程。
3、ReadWriteLock接口
ReadWriteLock接口中主要方法如下：
public interface ReadWriteLock {
/**
* Returns the lock used for reading.
*
* @return the lock used for reading
*/
Lock readLock();
/**
* Returns the lock used for writing.
*
* @return the lock used for writing
*/
Lock writeLock();
}复制代码ReadWriteLock管理一组锁，一个是只读锁，一个是写锁。
Java并发库中ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口并添加了可重入的特性。
读锁在同一时刻允许有多个线程在访问，但是写进程访问时，所有的读线程和其他写进程都被阻塞。
读写锁维护一对锁，一个读锁和一个写锁，通过读写锁分离，使得并发性相比一般的排它锁有很大的提升。
ReentrantReadWriteLock读写锁的几个特性：
- 公平选择性
- 重入性
- 锁降级
读写锁例子（程序来源于网上：blog.csdn.net/canot/artic…）：
public class Cache{
static Map<String,Object> map = new HashMap<String,Object>();
static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
static Lock rLock = rwl.readLock();
static Lock wLock = rwl.writeLock();
//获取一个key对应的value
public static final Object get(String key){
r.lock();
try{
return map.get(key);
}finally{
r.unlock();
}
}
//设置key对应的value并返回旧的value
public static fianl Object put(String key,Object value){
w.lock();
try{
return map.put(key,value);
}final{
w.unlock();
}
}
//清空缓存
public static fianl void clear(){
w.lock();
try{
map.clear();
} finally{
w.unlock();
}
}
}复制代码- 读写锁的锁降级
锁降级是指写锁降级成为读锁。如果当前线程持有写锁，然后将其释放再获取读锁的过程不能称为锁降级。锁降级指的在持有写锁的时候再获取读锁,获取到读锁后释放之前写锁的过程称为锁释放。
（程序来源于：blog.csdn.net/qq_38737992…）
public void work() {
reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
if (!update) {
reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
// 锁降级开始
reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
try {
if (!update) {
// 准备数据
++index;
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
update = true;
}
reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
} finally {
reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
// 锁降级结束,降级为读锁
}
}
try {
// 使用数据
for (int i=0; i<5; i++) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + index);
}
} finally {
reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
}
}
复制代码三、synchronized和Lock区别
1、synchronized和Lock区别
synchronized是关键字，而Lock是接口
synchronized无法判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁
synchronized自动释放锁（a线程执行完同步代码会自动释放锁，b线程执行过程中发生异常会释放锁）
lock需在finally中手动释放锁（unlock()方法释放锁），否则容易造成线程死锁。
synchronized关键字的两个线程1和线程2，若当前线程1获得锁，线程2等待，如果线程1阻塞，线程2会一直等待下去。
而lock锁不一定会等待下去，如果尝试获得不到锁，线程可以不用一直等待就结束了。
synchronized的锁可重入、不可中断、非公平。
lock锁可重入，可中断、可公平
lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题
不可重入锁：自旋锁、wait()、notify()、notifyAll()
不可重入锁，即不可递归调用，递归调用会发生死锁
2、reentrantlock和synchronized区别
reentrantLock拥有synchronized相同的并发性和内存语义，此外还多列锁投票、定时锁等候和中断所等候
使用synchronized锁，A不释放，B将一直等待下去
使用reentrantlock锁，A不释放，B等待一段时间就会中断等待，而干别的事情。
synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且代码执行时出现异常，JVM会走到哪个释放锁定。但是Lock不行
在资源竞争不是很激烈的情况下，synchronized的性能优于reentrantlock锁，而竞争激烈的情况下，synchronized的性能下降几十倍，而reentrantlock的性能维持常态。
- 性能分析
synchronized会多次自旋，以获得锁，在这个过程中等待的线程不会被挂起，因而节省了挂起和唤醒的上下文切换的开销
而reentrantlock，不会自旋，而是直接挂起
因而在线程并发量不大的情况下，synchronized因为拥有自旋锁、偏向锁和轻量级锁的原因，不用将等待线程挂起，偏向锁甚至不用自旋，所以在这种情况下要比reenttrantlock高效。
默认情况下synchronized非公平锁；reentrantlock默认是非公平锁。
- 绑定多个条件
一个Reentrantlock对象可以同时绑定多个Condition对象，
而在synchronized中，锁对象的wait()和notify()或notifyAll()方法可以实现一个隐含的条件。
如果要和多余一个添加关联的时候，synchronized就不得不额外地添加一个锁，而Reentrantlock则无须这么做只需要多次调用new Condition()方法即可。