java多线程（3）---synchronized、Lock
synchronized、Lock
一、概述
1、出现线程不安全的原因是什么？
如果我们创建的多个线程，存在着共享数据，那么就有可能出现线程的安全问题：当其中一个线程操作共享数据时，还未操作完成，
另外的线程就参与进来，导致对共享数据的操作出现问题。
2、线程不安全解决办法
要求一个线程操作共享数据时，只有当其完成操作完成共享数据，其它线程才有机会执行共享数据。java提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。
二、synchronized
synchronized可以保证方法或代码块在运行时，同一时刻只有一个线程可以进入到临界区（互斥性），同时它还保证了共享变量的内存可见性。
1、同步代码块。
synchronized(同步监视器){ //操作共享数据的代码 }
注：
1.同步监视器：俗称锁，任何一个类的对象都可以才充当锁。要想保证线程的安全，必须要求所有的线程共用同一把锁！（就是每个线程进来这个锁(对象)必须是同一个，否在无效）
2.使用实现Runnable接口的方式创建多线程的话，同步代码块中的锁，可以考虑是this。如果使用继承Thread类的方式，慎用this!(理解)
3.共享数据：多个线程需要共同操作的变量。 明确哪部分是操作共享数据的代码。(就是你这个synchronized只能加在共享变量上，放错位置也会达不到效果)
2、非静态的方法
对于非静态的方法而言，使用同步的话，默认锁为：this。如果使用在继承的方式实现多线程的话，慎用！(继承的方式实现多线程看我上篇博客的：2、如何让两个线程按照指定方式有序交叉运行呢？)
3、对于静态的方法
如果使用同步，默认的锁为：当前类本身。以单例的懒汉式为例。 Class clazz = Singleton.class
4、看下面的锁是否有效
(1)无效锁
public class SynchronizedTest { public static void main(String[] args){ Test t1 = new Test(); t1.start(); Test t2 = new Test(); t2.start(); } } class Test extends Thread{ @Override public void run() { writeSomething(); } //该锁无效 //这个是非静态方法锁，那么这个锁的对象指，当前该锁的引用对象，也就是this,这里创建了两个对象，这个this当然是同一个 public synchronized void writeSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(" "); } } /*随机输出一种结果： * 0 0 1 1 2 2 3 4 5 3 6 4 5 6 7 8 9 * 7 8 9 */
(2)有效锁
public class Test1 { static Test2 test2 = new Test2(); public static void main(String[] args){ new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test2.writeSomething(); } }).start(); test2.writeSomething(); } } class Test2{ //锁有效 //因为这里两个线程的this都指test2同一个对象 public synchronized void writeSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(); } } /*输出结果：仅一种可能 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 因为第一个进来的，在没有执行完之前是不会释放锁的，那么另一个怎么也进不来。 */
(3)有效锁
public class Synchronized1Test { static Test4 test4 = new Test4(); public static void main(String[] args){ new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test4.writeSomething(); } }).start(); test4.printSomething(); } } class Test4{ //这里在两个方法都放了锁，但因为锁对象是同一个，所以线程只要进入其中一个方法，那么锁就会锁住另一个方法 public synchronized void writeSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(); } public synchronized void printSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(); } } /*运行结果：仅一种可能 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 这两个线程只要谁先抢到锁，那么另一个就必须等该线程释放锁，它才有机会获得锁，进入方法 */
5、总结
关于synchronized一定要记住两点：
（1）锁(既对象)一定是要唯一，否在锁无效。
（2）对于同步代码块中的synchronized一定要放在共享变量上，否在也可能会达不到预期效果
三、Lock简介
Lock和synchronized 不同的是synchronized 会自动释放锁，而Lock必须手动释放，如果没有释放就可能造成死锁。
并且Lock的使用一般放在try{}catch块中，最后在finally中释放锁，保证抛出异常时锁会被释放。
1、synchronized的弊端
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。
这就有下面几个问题：
(1)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，这点非常影响程序执行效率。
因为它没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）
(2)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。
(3)通过synchronized无法知道线程有没有成功获取到锁。
上面的问题，Lock都能解决。
2、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会自动释放线程占有的锁，而Lock需要主动通过unLock()去释放锁，否则很可能造成死锁现象。
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。
四、介绍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。
五.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？
1、 lock()锁
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。
如果采用Lock，必须主动去释放锁，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。
Lock lock = ...; lock.lock(); try{ //处理任务 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //释放锁 }
2、 tryLock()
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 .
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 }
3、 tryLock(long time, TimeUnit unit)
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。
4、 lockInterruptibly()
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，并抛出异常。
因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：
public void method() throws InterruptedException { //调用它时需要主动抛出异常，如果获得锁就执行，如果锁已经被其它线程得到，那就抛InterruptedException异常 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。
六、ReentrantLock
ReentrantLock，意思是“可重入锁”。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。
1、 lock()的正确使用方法
public class LockTest { public static void main(String[] args) { final LockTest test = new LockTest(); 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"); //出来业务逻辑 } catch (Exception e) { }finally { System.out.println(thread.getName()+"释放了锁"); lock.unlock(); } } }
思考：最终结果会是怎么样？
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。
所以如果要想锁有用，就把它放到全局下： private Lock lock = new ReentrantLock();
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"); } } }
思考，运行结果如何？
这个时候塔的结果会是如何？ /*它其实会有两种结果 结果1 *Thread-0得到了锁 *Thread-1获取锁失败 *Thread-0释放了锁 结果二 *Thread-0得到了锁 *Thread-0释放了锁 *Thread-1得到了锁 *Thread-1释放了锁 */ /*思考为什么会有两种结果，其实是很简单 分析结果1： * 当0线程进来的时候，还没有执行完，这个时候1线程进来发现锁被0还占用，所以只能执行else后方法. * 这个时候0线程也把剩下的执行完了。 分析结果二 *当0进来的时候已经把程序全部执行完后，并释放了锁，而再1线程进来又可以获得锁，又可以执行相关程序 */
3、 lockInterruptibly()响应中断的使用方法
public class InterrupTest { private Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { InterrupTest test = new InterrupTest(); MyThread thread0 = new MyThread(test); MyThread thread1 = new MyThread(test); thread0.start(); thread1.start(); thread1.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"); } 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 InterrupTest test = null; public MyThread(InterrupTest 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"); } } }
思考，运行结果如何？
/*运行结果（不一定都是这样） *Thread-0得到了锁 *Thread-1被中断 *Thread-0执行finally *Thread-0释放了锁 */ /*原因分析 * 其实就是0先获得所，0在获得锁的同时1进来了，发现锁已被占用那么直接向上抛异常 * 然后捕获异常就这样输出了。 */
七、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. */ Lock readLock(); /** * Returns 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。
八、ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口，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。
1、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 Test6 { public static void main(String[] args) { final Test6 test = new Test6(); 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) { for(int i=0;i<3;i++){ System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作"); } System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕"); } }
思考，运行结果如何？
/*运行结果 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。
2、优化成用读写锁的话
public static void main(String[] args) { final WriteTest test = new WriteTest(); 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) {
//这里放读锁 rwl.readLock().lock(); try { for(int i=0;i<3;i++){ System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作"); } try { Thread.currentThread().sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕"); } finally {
//这里释放锁 rwl.readLock().unlock(); } } }
思考，运行结果如何？
/*运行结果（存在多种结果） 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-0读操作完毕 Thread-1读操作完毕 这就说明：并没有一个线程占着锁一定要执行完才释放锁 */
这就说明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。
九、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。
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。
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。
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。
参考
非常感谢这两篇文章：
1、synchronized / Lock+volatile
想太多，做太少，中间的落差就是烦恼。想没有烦恼，要么别想，要么多做。少校【9】
