各类同步方法性能比较(synchronized,ReentrantLock,Atomic)

5.0的多线程任务包对于同步的性能方面有了很大的改进，在原有synchronized关键字的基础上，又增长了ReentrantLock，以及各类Atomic类。了解其性能的优劣程度，有助与咱们在特定的情形下作出正确的选择。

整体的结论先摆出来： 

synchronized：
在资源竞争不是很激烈的状况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的。缘由在于，编译程序一般会尽量的进行优化synchronize，另外可读性很是好，无论用没用过5.0多线程包的程序员都能理解。

ReentrantLock:
ReentrantLock提供了多样化的同步，好比有时间限制的同步，能够被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在资源竞争不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差点点。可是当同步很是激烈的时候，synchronized的性能一会儿能降低好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。

Atomic:
和上面的相似，不激烈状况下，性能比synchronized略逊，而激烈的时候，也能维持常态。激烈的时候，Atomic的性能会优于ReentrantLock一倍左右。可是其有一个缺点，就是只能同步一个值，一段代码中只能出现一个Atomic的变量，多于一个同步无效。由于他不能在多个Atomic之间同步。


因此，咱们写同步的时候，优先考虑synchronized，若是有特殊须要，再进一步优化。ReentrantLock和Atomic若是用的很差，不只不能提升性能，还可能带来灾难。

先贴测试结果：再贴代码（Atomic测试代码不许确，一个同步中只能有1个Actomic，这里用了2个，可是这里的测试只看速度） 
==========================
round:100000 thread:5
Sync  = 96515266
Lock  = 25434694
Atom = 22142464
==========================
round:200000 thread:10
Sync  = 363174894
Lock  = 92003568
Atom = 60405932
==========================
round:300000 thread:15
Sync  = 954456020
Lock  = 184936307
Atom = 141182490
==========================
round:400000 thread:20
Sync  = 1439020073
Lock  = 372073298
Atom = 328126317
==========================
round:500000 thread:25
Sync  = 2807426174
Lock  = 550143645
Atom = 427540885

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestSyncMethods {
	
	public static void test(int round,int threadNum,CyclicBarrier cyclicBarrier){
		new SyncTest("Sync",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
		new LockTest("Lock",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
		new AtomicTest("Atom",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime();
	}

	public static void main(String args[]){
		
		for(int i=0;i<5;i++){
			int round=100000*(i+1);
			int threadNum=5*(i+1);
			CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(threadNum*2+1);
			System.out.println("==========================");
			System.out.println("round:"+round+" thread:"+threadNum);
			test(round,threadNum,cb);
			
		}
	}
}

class SyncTest extends TestTemplate{
	public SyncTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		super( _id, _round, _threadNum, _cb);
	}
//	@Override
	/**
	 * synchronized关键字不在方法签名里面，因此不涉及重载问题
	 */
	synchronized long  getValue() {
		return super.countValue;
	}
//	@Override
	synchronized void  sumValue() {
		super.countValue+=preInit[index++%round];
	}
}


class LockTest extends TestTemplate{
	ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
	public LockTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		super( _id, _round, _threadNum, _cb);
	}
	/**
	 * synchronized关键字不在方法签名里面，因此不涉及重载问题
	 */
//	@Override
//	@Override
	long getValue() {
		try{
			lock.lock();
			return super.countValue;
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
//	@Override
	void sumValue() {
		try{
			lock.lock();
			super.countValue+=preInit[index++%round];
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
}


class AtomicTest extends TestTemplate{
	public AtomicTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		super( _id, _round, _threadNum, _cb);
	}
//	@Override
	/**
	 * synchronized关键字不在方法签名里面，因此不涉及重载问题
	 */
    long  getValue() {
		return super.countValueAtmoic.get();
	}
//	@Override
	void  sumValue() {
		super.countValueAtmoic.addAndGet(super.preInit[indexAtomic.get()%round]);
	}
}

abstract class TestTemplate{
	private String id;
	protected int round;
	private int threadNum;
	protected long countValue;
	protected AtomicLong countValueAtmoic=new AtomicLong(0);
	protected int[] preInit;
	protected int index;
	protected AtomicInteger indexAtomic=new AtomicInteger(0);
	Random r=new Random(47);
	//任务栅栏，同批任务，先到达wait的任务挂起，一直等到所有任务到达制定的wait地点后，才能所有唤醒，继续执行
	private CyclicBarrier cb;
	public TestTemplate(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){
		this.id=_id;
		this.round=_round;
		this.threadNum=_threadNum;
		cb=_cb;
		preInit=new int[round];
		for(int i=0;i<preInit.length;i++){
			preInit[i]=r.nextInt(100);
		}
	}
	
	abstract void sumValue();
	/*
	 * 对long的操做是非原子的，原子操做只针对32位
	 * long是64位，底层操做的时候分2个32位读写，所以不是线程安全
	 */
	abstract long getValue();

	public void testTime(){
		ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool();
		long start=System.nanoTime();
		//同时开启2*ThreadNum个数的读写线程
		for(int i=0;i<threadNum;i++){
			se.execute(new Runnable(){
				public void run() {
					for(int i=0;i<round;i++){
						sumValue();
					}

					//每一个线程执行完同步方法后就等待
					try {
						cb.await();
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					} catch (BrokenBarrierException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}


				}
			});
			se.execute(new Runnable(){
				public void run() {

					getValue();
					try {
						//每一个线程执行完同步方法后就等待
						cb.await();
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					} catch (BrokenBarrierException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}

				}
			});
		}
		
		try {
			//当前统计线程也wait,因此CyclicBarrier的初始值是threadNum*2+1
			cb.await();
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (BrokenBarrierException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		//全部线程执行完成以后，才会跑到这一步
		long duration=System.nanoTime()-start;
		System.out.println(id+" = "+duration);
		
	}

}

 

另外看一下synchronized对性能的影响有多大:

class SyncTest {
	private static Object lock = new Object();  
	public static void main(String[] args) {
		for (int k = 0; k < 10; k++) {
			long start = System.currentTimeMillis();
			for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
				synchronized (lock) {
					int i = 1;
				}
			}
			System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);

			start = System.currentTimeMillis();
			for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
				int i = 1;
			}
			System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
		}

	}
}

运行结果:

301
4
307
5
297
5
290
4
295
3
296
4
302
4
296
4
299
4
294
4