（转）锁机制 ReetrankLock 与 synchronized 比较

底层原理实现的不同 互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题，因而这种同步又称为阻塞同步，它属于一种悲观的并发策略，即线程获得的是独占锁。独占
2023-11-24 技术

底层原理实现的不同

互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题，因而这种同步又称为阻塞同步，它属于一种悲观的并发策略，即线程获得的是独占锁。独占锁意味着其他线程只能依靠阻塞来等待线程释放锁。而在 CPU 转换线程阻塞时会引起线程上下文切换，当有很多线程竞争锁的时候，会引起 CPU 频繁的上下文切换导致效率很低。synchronized 采用的便是这种并发策略。

随着指令集的发展，我们有了另一种选择：基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地讲就是先进性操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了，如果共享数据被争用，产生了冲突，那就再进行其他的补偿措施（最常见的补偿措施就是不断地重拾，直到试成功为止），这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起，因此这种同步被称为非阻塞同步。ReetrantLock 采用的便是这种并发策略。

在乐观的并发策略中，需要操作和冲突检测这两个步骤具备原子性，它靠硬件指令来保证，这里用的是 CAS 操作（Compare and Swap）。JDK1.5 之后，Java 程序才可以使用CAS操作。我们可以进一步研究 ReentrantLock 的源代码，会发现其中比较重要的获得锁的一个方法是 compareAndSetState，这里其实就是调用的 CPU 提供的特殊指令。现代的 CPU 提供了指令，可以自动更新共享数据，而且能够检测到其他线程的干扰，而 compareAndSet() 就用这些代替了锁定。这个算法称作非阻塞算法，意思是一个线程的失败或者挂起不应该影响其他线程的失败或挂起。

Java 5 中引入了注入 AutomicInteger、AutomicLong、AutomicReference 等特殊的原子性变量类，它们提供的如：compareAndSet()、incrementAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了 CAS 操作。因此，它们都是由硬件指令来保证的原子方法。


用途比较

基本语法上，ReentrantLock 与 synchronized 很相似，它们都具备一样的线程重入特性，只是代码写法上有点区别而已，一个表现为 API 层面的互斥锁（Lock），一个表现为原生语法层面的互斥锁（synchronized）。ReentrantLock 相对 synchronized 而言还是增加了一些高级功能，主要有以下三项：

  • 等待可中断：当持有锁的线程长期不释放锁时，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情，它对处理执行时间非常上的同步块很有帮助。而在等待由 synchronized 产生的互斥锁时，会一直阻塞，是不能被中断的。
  • 可实现公平锁：多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序排队等待，而非公平锁则不保证这点，在锁释放时，任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。synchronized 中的锁时非公平锁，ReentrantLock 默认情况下也是非公平锁，但可以通过构造方法 ReentrantLock（ture）来要求使用公平锁。
  • 锁可以绑定多个条件：ReentrantLock 对象可以同时绑定多个 Condition 对象（名曰：条件变量或条件队列），而在 synchronized 中，锁对象的 wait()和 notify()或 notifyAll()方法可以实现一个隐含条件，但如果要和多于一个的条件关联的时候，就不得不额外地添加一个锁，而 ReentrantLock 则无需这么做，只需要多次调用 newCondition()方法即可。而且我们还可以通过绑定 Condition 对象来判断当前线程通知的是哪些线程（即与 Condition 对象绑定在一起的其他线程）。

    •

    可中断锁

    ReetrantLock 有两种锁：忽略中断锁和响应中断锁。忽略中断锁与 synchronized 实现的互斥锁一样，不能响应中断，而响应中断锁可以响应中断。

    如果某一线程 A 正在执行锁中的代码，另一线程B正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程 B 不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，如果此时 ReetrantLock 提供的是忽略中断锁，则它不会去理会该中断，而是让线程B继续等待，而如果此时 ReetrantLock 提供的是响应中断锁，那么它便会处理中断，让线程 B 放弃等待，转而去处理其他事情。

    获得响应中断锁的一般形式如下：

    ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); ........... lock.lockInterruptibly();//获取响应中断锁 try { //更新对象的状态 //捕获异常，必要时恢复到原来的不变约束 //如果有return语句，放在这里 }finally{ lock.unlock(); //锁必须在finally块中释放 } 这里有一个不错的分析中断的示例代码（摘自网上）。

    当用 synchronized 中断对互斥锁的等待时，并不起作用，该线程依然会一直等待，如下面的实例：

    public class Buffer { private Object lock; public Buffer() { lock = this; } public void write() { synchronized (lock) { long startTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("开始往这个buff写入数据…"); for (;;)// 模拟要处理很长时间 { if (System.currentTimeMillis() - startTime > Integer.MAX_VALUE) { break; } } System.out.println("终于写完了"); } } public void read() { synchronized (lock) { System.out.println("从这个buff读数据"); } } public static void main(String[] args) { Buffer buff = new Buffer(); final Writer writer = new Writer(buff); final Reader reader = new Reader(buff); writer.start(); reader.start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { long start = System.currentTimeMillis(); for (;;) { //等5秒钟去中断读 if (System.currentTimeMillis() - start > 5000) { System.out.println("不等了，尝试中断"); reader.interrupt(); //尝试中断读线程 break; } } } }).start(); // 我们期待“读”这个线程能退出等待锁，可是事与愿违，一旦读这个线程发现自己得不到锁， // 就一直开始等待了，就算它等死，也得不到锁，因为写线程要21亿秒才能完成 T_T ，即使我们中断它， // 它都不来响应下，看来真的要等死了。这个时候，ReentrantLock给了一种机制让我们来响应中断， // 让“读”能伸能屈，勇敢放弃对这个锁的等待。我们来改写Buffer这个类，就叫BufferInterruptibly吧，可中断缓存。 } } class Writer extends Thread { private Buffer buff; public Writer(Buffer buff) { this.buff = buff; } @Override public void run() { buff.write(); } } class Reader extends Thread { private Buffer buff; public Reader(Buffer buff) { this.buff = buff; } @Override public void run() { buff.read();//这里估计会一直阻塞 System.out.println("读结束"); } } 执行结果如下：

    我们等待了很久，后面依然没有输出，说明读线程对互斥锁的等待并没有被中断，也就是该户吃锁没有响应对读线程的中断。

    我们再将上面代码中 synchronized 的互斥锁改为 ReentrantLock 的响应中断锁，即改为如下代码：

    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class BufferInterruptibly { private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void write() { lock.lock(); try { long startTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("开始往这个buff写入数据…"); for (;;)// 模拟要处理很长时间 { if (System.currentTimeMillis() - startTime > Integer.MAX_VALUE) { break; } } System.out.println("终于写完了"); } finally { lock.unlock(); } } public void read() throws InterruptedException { lock.lockInterruptibly();// 注意这里，可以响应中断 try { System.out.println("从这个buff读数据"); } finally { lock.unlock(); } } public static void main(String args[]) { BufferInterruptibly buff = new BufferInterruptibly(); final Writer2 writer = new Writer2(buff); final Reader2 reader = new Reader2(buff); writer.start(); reader.start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { long start = System.currentTimeMillis(); for (;;) { if (System.currentTimeMillis() - start > 5000) { System.out.println("不等了，尝试中断"); reader.interrupt(); //此处中断读操作 break; } } } }).start(); } } class Reader2 extends Thread { private BufferInterruptibly buff; public Reader2(BufferInterruptibly buff) { this.buff = buff; } @Override public void run() { try { buff.read();//可以收到中断的异常，从而有效退出 } catch (InterruptedException e) { System.out.println("我不读了"); } System.out.println("读结束"); } } class Writer2 extends Thread { private BufferInterruptibly buff; public Writer2(BufferInterruptibly buff) { this.buff = buff; } @Override public void run() { buff.write(); } } 执行结果如下：

    从结果中可以看出，尝试中断后输出了 catch 语句块中的内容，也输出了后面的“读结束”，说明线程对互斥锁的等待被中断了，也就是该互斥锁响应了对读线程的中断。



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