Java编程synchronized与lock的区别【推荐】

前言

本文介绍了Java编程synchronized与lock的区别的相关内容，如果您对synchronized与lock不太了解，这两篇文章 或许是不错的选择：

Java 同步锁(synchronized)详解及实例

Java多线程基础——Lock类

正文

从Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问，那就是Lock。

也许有朋友会问，既然都可以通过synchronized来实现同步访问了，那么为什么还需要提供Lock？这个问题将在下面进行阐述。本文先从synchronized的缺陷讲起，然后再讲述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些类和接口，最后讨论以下一些关于锁的概念方面的东西。

一.synchronized的缺陷

　　synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢？

　　在上面一篇文章中，我们了解到如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：

　　1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有；
　　2）线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。

　　那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，这多么影响程序执行效率。

　　因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过Lock就可以办到。

　　再举个例子：当有多个线程读写文件时，读操作和写操作会发生冲突现象，写操作和写操作会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。

　　但是采用synchronized关键字来实现同步的话，就会导致一个问题：

　　如果多个线程都只是进行读操作，所以当一个线程在进行读操作时，其他线程只能等待无法进行读操作。

　　因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时，线程之间不会发生冲突，通过Lock就可以办到。

　　另外，通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。

　　总结一下，也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：

　　1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
　　2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

二.java.util.concurrent.locks包下常用的类

　　下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。

　　1.Lock

　　首先要说明的就是Lock，通过查看Lock的源码可知，Lock是一个接口：

public interface Lock {
  void lock();
  void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
  boolean tryLock();
  boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
  void unlock();
  Condition newCondition();
}

下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协作一文中讲述。

　　在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？

　　首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

　　由于在前面讲到如果采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：

Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
  //处理任务
}catch(Exception ex){
}finally{
  lock.unlock();  //释放锁
}

tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

　　tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。

　　所以，一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的：

Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
   try{
     //处理任务
   }catch(Exception ex){
   }finally{
     lock.unlock();  //释放锁
   }
}else {
  //如果不能获取锁，则直接做其他事情
}

lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

　　由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

　　因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：

public void method() throws InterruptedException {
  lock.lockInterruptibly();
  try {
   //.....
  }
  finally {
    lock.unlock();
  }
}

注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。

　　因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。

　　而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。

2.ReentrantLock

　　ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

　　例子1，lock()的正确使用方法

public class Test {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
  public static void main(String[] args) {
    final Test test = new Test();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
  }
  public void insert(Thread thread) {
    Lock lock = new ReentrantLock();  //注意这个地方
    lock.lock();
    try {
      System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
      for(int i=0;i<5;i++) {
        arrayList.add(i);
      }
    } catch (Exception e) {
      // TODO: handle exception
    }finally {
      System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
      lock.unlock();
    }
  }
}

先想一下这段代码的输出结果是什么？

Thread-0得到了锁
Thread-1得到了锁
Thread-0释放了锁
Thread-1释放了锁

也许有朋友会问，怎么会输出这个结果？第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁？原因在于，在insert方法中的lock变量是局部变量，每个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁，所以就不会发生冲突。

　　知道了原因改起来就比较容易了，只需要将lock声明为类的属性即可。

public class Test {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
  private Lock lock = new ReentrantLock();  //注意这个地方
  public static void main(String[] args) {
    final Test test = new Test();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
  }
  public void insert(Thread thread) {
    lock.lock();
    try {
      System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
      for(int i=0;i<5;i++) {
        arrayList.add(i);
      }
    } catch (Exception e) {
      // TODO: handle exception
    }finally {
      System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
      lock.unlock();
    }
  }
}

这样就是正确地使用Lock的方法了。

例子2，tryLock()的使用方法

public class Test {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
  private Lock lock = new ReentrantLock();  //注意这个地方
  public static void main(String[] args) {
    final Test test = new Test();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
  }
  public void insert(Thread thread) {
    if(lock.tryLock()) {
      try {
        System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
        for(int i=0;i<5;i++) {
          arrayList.add(i);
        }
      } catch (Exception e) {
        // TODO: handle exception
      }finally {
        System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
        lock.unlock();
      }
    } else {
      System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");
    }
  }
}

输出结果：

Thread-0得到了锁
Thread-1获取锁失败
Thread-0释放了锁

例子3，lockInterruptibly()响应中断的使用方法：

public class Test {
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  public static void main(String[] args) {
    Test test = new Test();
    MyThread thread1 = new MyThread(test);
    MyThread thread2 = new MyThread(test);
    thread1.start();
    thread2.start();
    try {
      Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    thread2.interrupt();
  }
  public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{
    lock.lockInterruptibly();  //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出
    try {
      System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
      long startTime = System.currentTimeMillis();
      for(  ;   ;) {
        if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)
          break;
        //插入数据
      }
    }
    finally {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");
      lock.unlock();
      System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
    }
  }
}
class MyThread extends Thread {
  private Test test = null;
  public MyThread(Test test) {
    this.test = test;
  }
  @Override
  public void run() {
    try {
      test.insert(Thread.currentThread());
    } catch (InterruptedException e) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");
    }
  }
}

　运行之后，发现thread2能够被正确中断。

3.ReadWriteLock

　　ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：

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();
}

一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成2个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

4.ReentrantReadWriteLock

　　ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

　　下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

　　假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下synchronized达到的效果：

public class Test {
  private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
  public static void main(String[] args) {
    final Test test = new Test();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.get(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.get(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
  }
  public synchronized void get(Thread thread) {
    long start = System.currentTimeMillis();
    while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
      System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
    }
    System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
  }
}

这段程序的输出结果会是，直到thread1执行完读操作之后，才会打印thread2执行读操作的信息。

Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1读操作完毕

而改成用读写锁的话：

public class Test {
  private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
  public static void main(String[] args) {
    final Test test = new Test();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.get(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
    new Thread(){
      public void run() {
        test.get(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
  }
  public void get(Thread thread) {
    rwl.readLock().lock();
    try {
      long start = System.currentTimeMillis();
      while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
        System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
      }
      System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
    } finally {
      rwl.readLock().unlock();
    }
  }
}

此时打印的结果为：

Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
Thread-1读操作完毕

说明thread1和thread2在同时进行读操作。

　　这样就大大提升了读操作的效率。

　　不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

　　如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。

　　关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。

5.Lock和synchronized的选择

　　总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：

　　1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；
　　2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；
　　3）Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
　　4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。
　　5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

　　在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。

三.锁的相关概念介绍

　　在前面介绍了Lock的基本使用，这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。

1.可重入锁

　　如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。

　　看下面这段代码就明白了：

class MyClass {
  public synchronized void method1() {
    method2();
  }
  public synchronized void method2() {
  }
}

上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

　　而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。

2.可中断锁

　　可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。

　　在Java中，synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。

　　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，这种就是可中断锁。

　　在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

3.公平锁

　　公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。

　　非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。

　　在Java中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。

　　而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。

　　看一下这2个类的源代码就清楚了：

/**
   * Sync object for non-fair locks
   */
  static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
    /**
     * Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal
     * acquire on failure.
     */
    final void lock() {
      if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
      else
        acquire(1);
    }
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
      return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
  }
  /**
   * Sync object for fair locks
   */
  static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
    final void lock() {
      acquire(1);
    }

　　在ReentrantLock中定义了2个静态内部类，一个是NotFairSync，一个是FairSync，分别用来实现非公平锁和公平锁。

　　我们可以在创建ReentrantLock对象时，通过以下方式来设置锁的公平性：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

如果参数为true表示为公平锁，为fasle为非公平锁。默认情况下，如果使用无参构造器，则是非公平锁。

/**
   * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
   * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
   */
  public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
  }

  /**
   * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
   * given fairness policy.
   *
   * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
   */
  public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
  }

另外在ReentrantLock类中定义了很多方法，比如：

　　isFair()        //判断锁是否是公平锁
　　isLocked()    //判断锁是否被任何线程获取了
　　isHeldByCurrentThread()   //判断锁是否被当前线程获取了
　　hasQueuedThreads()   //判断是否有线程在等待该锁

　　在ReentrantReadWriteLock中也有类似的方法，同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口，它实现的是ReadWriteLock接口。

4.读写锁

　　读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁。

　　正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。

　　ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。

　　可以通过readLock()获取读锁，通过writeLock()获取写锁。

　　上面已经演示过了读写锁的使用方法，在此不再赘述。

总结

以上就是本文关于Java编程synchronized与lock的区别的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站：解析Java编程之Synchronized锁住的对象、Java编程实现排他锁代码详解等，有什么问题可以随时留言，欢迎大家一起交流讨论。感谢朋友们对我们网站的支持！