死磕 java同步系列之ReentrantLock VS synchronized——结果可能跟你想的不同

时间 2019-11-17

标签 java 同步系列 reentrantlock synchronized 结果可能不同栏目 Java 繁體版

原文原文链接

问题

（1）ReentrantLock有哪些优势？java

（2）ReentrantLock有哪些缺点？c++

（3）ReentrantLock是否能够彻底替代synchronized？git

简介

synchronized是Java原生提供的用于在多线程环境中保证同步的关键字，底层是经过修改对象头中的MarkWord来实现的。多线程

ReentrantLock是Java语言层面提供的用于在多线程环境中保证同步的类，底层是经过原子更新状态变量state来实现的。oop

既然有了synchronized的关键字来保证同步了，为何还要实现一个ReentrantLock类呢？它们之间有什么异同呢？性能

ReentrantLock VS synchronized

直接上表格：（手机横屏查看更方便）测试

功能	ReentrantLock	synchronized
可重入	支持	支持
非公平	支持（默认）	支持
加锁/解锁方式	须要手动加锁、解锁，通常使用try..finally..保证锁可以释放	手动加锁，无需刻意解锁
按key锁	不支持，好比按用户id加锁	支持，synchronized加锁时须要传入一个对象
公平锁	支持，new ReentrantLock(true)	不支持
中断	支持，lockInterruptibly()	不支持
尝试加锁	支持，tryLock()	不支持
超时锁	支持，tryLock(timeout, unit)	不支持
获取当前线程获取锁的次数	支持，getHoldCount()	不支持
获取等待的线程	支持，getWaitingThreads()	不支持
检测是否被当前线程占有	支持，isHeldByCurrentThread()	不支持
检测是否被任意线程占有	支持，isLocked()	不支持
条件锁	可支持多个条件，condition.await()，condition.signal()，condition.signalAll()	只支持一个，obj.wait()，obj.notify()，obj.notifyAll()

对比测试

在测试以前，咱们先预想一下结果，随着线程数的不断增长，ReentrantLock（fair）、ReentrantLock（unfair）、synchronized三者的效率怎样呢？优化

我猜想应该是ReentrantLock（unfair）> synchronized > ReentrantLock（fair）。spa

究竟是不是这样呢？线程

直接上测试代码：（为了全面对比，彤哥这里把AtomicInteger和LongAdder也拿来一块儿对比了）

public class ReentrantLockVsSynchronizedTest {
    public static AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
    public static LongAdder b = new LongAdder();
    public static int c = 0;
    public static int d = 0;
    public static int e = 0;

    public static final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);
    public static final ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock();


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(1, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(2, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(4, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(6, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(8, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(10, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(50, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(100, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(200, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(500, 100000);
        System.out.println("-------------------------------------");
// testAll(1000, 1000000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(500, 10000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(500, 1000);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(500, 100);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(500, 10);
        System.out.println("-------------------------------------");
        testAll(500, 1);
        System.out.println("-------------------------------------");
    }

    public static void testAll(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException {
        testAtomicInteger(threadCount, loopCount);
        testLongAdder(threadCount, loopCount);
        testSynchronized(threadCount, loopCount);
        testReentrantLockUnfair(threadCount, loopCount);
// testReentrantLockFair(threadCount, loopCount);
    }

    public static void testAtomicInteger(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < loopCount; j++) {
                    a.incrementAndGet();
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }

        countDownLatch.await();

        System.out.println("testAtomicInteger: result=" + a.get() + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }

    public static void testLongAdder(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < loopCount; j++) {
                    b.increment();
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }

        countDownLatch.await();

        System.out.println("testLongAdder: result=" + b.sum() + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }

    public static void testReentrantLockFair(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < loopCount; j++) {
                    fairLock.lock();
                    // 消除try的性能影响
// try {
                        c++;
// } finally {
                        fairLock.unlock();
// }
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }

        countDownLatch.await();

        System.out.println("testReentrantLockFair: result=" + c + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }

    public static void testReentrantLockUnfair(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < loopCount; j++) {
                    unfairLock.lock();
                    // 消除try的性能影响
// try {
                        d++;
// } finally {
                        unfairLock.unlock();
// }
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }

        countDownLatch.await();

        System.out.println("testReentrantLockUnfair: result=" + d + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }

    public static void testSynchronized(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < loopCount; j++) {
                    synchronized (ReentrantLockVsSynchronizedTest.class) {
                        e++;
                    }
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }

        countDownLatch.await();

        System.out.println("testSynchronized: result=" + e + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }

}
复制代码

运行这段代码，你会发现结果大大出乎意料，真的是不测不知道，一测吓一跳，运行后发现如下规律：

随着线程数的不断增长，synchronized的效率居然比ReentrantLock非公平模式要高！

彤哥的电脑上大概是高3倍左右，个人运行环境是4核8G，java版本是8，请你们必定要在本身电脑上运行一下，而且最好能给我反馈一下。

彤哥又使用Java7及如下的版本运行了，发如今Java7及如下版本中synchronized的效率确实比ReentrantLock的效率低一些。

总结

（1）synchronized是Java原生关键字锁；

（2）ReentrantLock是Java语言层面提供的锁；

（3）ReentrantLock的功能很是丰富，解决了不少synchronized的局限性；

（4）至于在非公平模式下，ReentrantLock与synchronized的效率孰高孰低，彤哥给出的结论是随着Java版本的不断升级，synchronized的效率只会愈来愈高；

彩蛋

既然ReentrantLock的功能更丰富，并且效率也不低，咱们是否是能够放弃使用synchronized了呢？

答：我认为不是。由于synchronized是Java原生支持的，随着Java版本的不断升级，Java团队也是在不断优化synchronized，因此我认为在功能相同的前提下，最好仍是使用原生的synchronized关键字来加锁，这样咱们就能得到Java版本升级带来的免费的性能提高的空间。

另外，在Java8的ConcurrentHashMap中已经把ReentrantLock换成了synchronized来分段加锁了，这也是Java版本不断升级带来的免费的synchronized的性能提高。

死磕 java同步系列之ReentrantLock VS synchronized——结果可能跟你想的不同

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ReentrantLock VS synchronized

对比测试

总结

彩蛋

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