Java面试题之synchronized平台级锁和Lock实现的锁区别

简介: 目录一、Lock类层次结构及相关API1、Lock类层级结构2、Lock接口相关API3、关于Condition二、synchronized VS Lock1、synchronized实现的锁优缺点2、Lock实现的锁优缺点三、手撸一把简单的ReentrantLock1、ReentrantLock实现简单流程2、代码示例3、测试用例

目录

一、Lock类层次结构及相关API

1、Lock类层级结构

2、Lock接口相关API

3、关于Condition

二、synchronized VS Lock

1、synchronized实现的锁优缺点

2、Lock实现的锁优缺点

三、手撸一把简单的ReentrantLock

1、ReentrantLock实现简单流程

2、代码示例

3、测试用例

一、Lock类层次结构及相关API



1、Lock类层级结构

ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock都是java.util.concurrent并发包下的工具类,ReentrantLock实现了Lock接口,ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口,而其中的ReadLock和WriteLock又实现了Lock接口。

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2、Lock接口相关API

为了区别synchronized和ReentrantLock,我们先了解一下Lock接口相关的API。d22d48c26d754fd5a90b40f8d898487f.png


结论:

1、lock()最常用。

2、lockInterruptibly()方法一般更昂贵,有的impl可能没有实现lockInterruptibly,只有真的需要响应中断时才使用。

3、关于Condition

Object中的wait()、notify()、notifyAll()只能和synchronized关键字配合使用,可以唤醒一个或全部线程。Condition需要与Lock配合使用,提供多个等待集合,更精确的控制。


备注:如果说Lock代替了同步代码块或同步方法的加解锁逻辑,那么Condition则是代替了Object的等待和唤醒逻辑。

二、synchronized VS Lock



1、synchronized实现的锁优缺点

我们先说说synchronized实现的平台级锁的优点:


使用简单,语义清晰,在方法上加上synchronized关键字或者使用同步代码块即可。

由JVM提供,提供了多种优化方案,如锁粗化、锁消除、偏向锁、轻量级锁、重量级锁等,关于这些优化特性请参考:Java面试题之synchronized关键字原理以及锁相关。

锁的释放由JVM完成,不用人工干预,也降低了死锁的可能性。

再说说它的缺点:

无法实现一些锁的高级功能,如超时锁、中断锁、读写锁、共享锁、公平锁。


2、Lock实现的锁优缺点

Lock实现的锁主要弥补了synchronized的缺点,比如上面提到的锁的高级功能,如超时锁、中断锁、读写锁、共享锁、公平锁这些。


再说一下它的缺点:


需手动释放锁,新手使用不当可能造成死锁。

没有synchronized实现的锁那么多优化项。

三、手撸一把简单的ReentrantLock


1、ReentrantLock实现简单流程

先介绍一下一些关键属性,如下:

  • waiters代表锁池,说白了就是抢锁失败线程的等待队列。
  • owner代表成功获取到锁的线程。
  • count用来标记锁的可重入次数。93497eb120bc43b1adb1bba5c32044dc.png
  • 先描述下加锁流程:


如果可重入次数为0代表锁还没有被任何线程持有,这时可以通过CAS(0, count + 1)操作进行抢锁。

如果可重入次数不为0,则判断当前抢锁的线程是不是持有锁的线程,如果是则将可重入次数+1即可。

如果如上两种条件都不满足,则直接算抢锁失败。

抢锁失败的线程直接进入等待队列,并阻塞等待。

再描述下解锁流程:


如果调用解锁方法的线程不是持有锁的线程,则抛出IllegalMonitorStateException,否则第2步。

将可重入次数-1,如果可重入次数为0则代表解锁成功。

解锁成功后唤醒队列头部等待的抢锁线程。

2、代码示例

public class NicksReentrantLock implements Lock {
  // 用来标识哪个线程获取到锁
  private Thread owner;
  // 重入次数
  private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
  // 等待队列
  private BlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue<>();
  @Override
  public void lock() {
    if (!tryLock()) {
      waiters.offer(Thread.currentThread());
      // 循环解决伪唤醒问题
      while (true) {
        // 如果队列头部是当前线程说明可以抢锁
        if (Thread.currentThread() == waiters.peek()) {
          // 若抢锁成功则出队列
          if (tryLock()) {
            waiters.poll();
            return;
          }
        }
        // 若当前线程不在队列头部或者抢锁失败则挂起
        LockSupport.park();
      }
    }
  }
  @Override
  public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
  }
  @Override
  public boolean tryLock() {
    int ct = counter.get();
    if (ct == 0) {
      // 重入次数为0说明当前线程可以通过CAS操作获取锁
      if (counter.compareAndSet(0, ct + 1)) {
        owner = Thread.currentThread();
        return true;
      }
      return false;
    }
    // 不为0则判断获取锁的线程是否是当前线程,如果是当前线程,则将可重入次数加1
    if (owner == Thread.currentThread()) {
      counter.set(ct + 1);
      return true;
    }
    return false;
  }
  @Override
  public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
    return false;
  }
  @Override
  public void unlock() {
    // 解锁成功应该唤醒队列头部的线程
    if (tryUnlock()) {
      Optional.ofNullable(waiters.peek()).ifPresent(LockSupport::unpark);
    }
  }
  public boolean tryUnlock() {
    // 如果当前解锁的线程不是获取到锁的线程则抛异常
    if (Thread.currentThread() != owner) {
      throw new IllegalMonitorStateException();
    }
    int ct = counter.get();
    int nextCt = ct - 1;
    counter.set(nextCt);
    if (nextCt == 0) {
      owner = null;
      return true;
    }
    return false;
  }
  @Override
  public Condition newCondition() {
    return null;
  }
}


3、测试用例

public class Test {
  private static int count = 0;
  public static void main(String[] args) {
    NicksReentrantLock lock = new NicksReentrantLock();
    for (int index = 0; index < 10000; index++) {
      new Thread(() -> {
        try {
          lock.lock();
          count++;
        } finally {
          lock.unlock();
        }
      }).start();
    }
    LockSupport.parkNanos(1000 * 1000 * 1000);
    System.out.println("累加后的值为:" + count);
  }
}

备注:控制台输出为: 累加后的值为:10000

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