72. 对并发熟悉吗？说一下synchronized与Lock的区别与使用
引言
昨天在学习别人分享的面试经验时，看到Lock的使用。想起自己在上次面试也遇到了synchronized与Lock的区别与使用。
于是，我整理了两者的区别和使用情况，同时，对synchronized的使用过程一些常见问题的总结，最后是参照源码和说明文档，对Lock的使用写了几个简单的Demo。请大家批评指正。
技术点
1、线程与进程
在开始之前先把进程与线程进行区分一下，一个程序最少需要一个进程，而一个进程最少需要一个线程。关系是线程–>进程–>程序的大致组成结构。所以线程是程序执行流的最小单位，而进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以下我们所有讨论的都是建立在线程基础之上。
2、Thread的几个重要方法
我们先了解一下Thread的几个重要方法。
start()方法，调用该方法开始执行该线程；
stop()方法，调用该方法强制结束该线程执行；
join方法，调用该方法等待该线程结束。
sleep()方法，调用该方法该线程进入等待。
run()方法，调用该方法直接执行线程的run()方法，但是线程调用start()方法时也会运行run()方法，区别就是一个是由线程调度运行run()方法，一个是直接调用了线程中的run()方法！！
看到这里，可能有些人就会问啦，那wait()和notify()呢？要注意，其实wait()与notify()方法是Object的方法，不是Thread的方法！！同时，wait()与notify()会配合使用，分别表示线程挂起和线程恢复。
这里还有一个很常见的问题，顺带提一下：wait()与sleep()的区别，简单来说wait()会释放对象锁而sleep()不会释放对象锁。这些问题有很多的资料，不再赘述。
3、线程状态
线程总共有5大状态，通过上面第二个知识点的介绍，理解起来就简单了。
新建状态：新建线程对象，并没有调用start()方法之前
就绪状态：调用start()方法之后线程就进入就绪状态，但是并不是说只要调用start()方法线程就马上变为当前线程，在变为当前线程之前都是为就绪状态。值得一提的是，线程在睡眠和挂起中恢复的时候也会进入就绪状态哦。
运行状态：线程被设置为当前线程，开始执行run()方法。就是线程进入运行状态
阻塞状态：线程被暂停，比如说调用sleep()方法后线程就进入阻塞状态
死亡状态：线程执行结束
4、锁类型
可重入锁：在执行对象中所有同步方法不用再次获得锁
可中断锁：在等待获取锁过程中可中断
公平锁：按等待获取锁的线程的等待时间进行获取，等待时间长的具有优先获取锁权利
读写锁：对资源读取和写入的时候拆分为2部分处理，读的时候可以多线程一起读，写的时候必须同步地写
synchronized与Lock的区别
1、我把两者的区别分类到了一个表中，方便大家对比：
或许，看到这里还对LOCK所知甚少，那么接下来，我们进入LOCK的深入学习。
Lock详细介绍与Demo
以下是Lock接口的源码，笔者修剪之后的结果：
public interface Lock { /** * Acquires the lock. */ void lock(); /** * Acquires the lock unless the current thread is * {@linkplain Thread#interrupt interrupted}. */ void lockInterruptibly() throws InterruptedException; /** * Acquires the lock only if it is free at the time of invocation. */ boolean tryLock(); /** * Acquires the lock if it is free within the given waiting time and the * current thread has not been {@linkplain Thread#interrupt interrupted}. */ boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; /** * Releases the lock. */ void unlock(); }
从Lock接口中我们可以看到主要有个方法，这些方法的功能从注释中可以看出：
lock()：获取锁，如果锁被暂用则一直等待
unlock()：释放锁
tryLock(): 注意返回类型是boolean，如果获取锁的时候锁被占用就返回false，否则返回true
tryLock(long time, TimeUnit unit)：比起tryLock()就是给了一个时间期限，保证等待参数时间
lockInterruptibly()：用该锁的获得方式，如果线程在获取锁的阶段进入了等待，那么可以中断此线程，先去做别的事
通过 以上的解释，大致可以解释在上个部分中“锁类型(lockInterruptibly())”，“锁状态(tryLock())”等问题，还有就是前面子所获取的过程我所写的“大致就是可以尝试获得锁，线程可以不会一直等待”用了“可以”的原因。
下面是Lock一般使用的例子，注意ReentrantLock是Lock接口的实现。
lock()
package com.brickworkers; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class LockTest { private Lock lock = new ReentrantLock(); //需要参与同步的方法 private void method(Thread thread){ lock.lock(); try { System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁"); }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); } finally { System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁"); lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { LockTest lockTest = new LockTest(); //线程1 Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockTest.method(Thread.currentThread()); } }, "t1"); Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockTest.method(Thread.currentThread()); } }, "t2"); t1.start(); t2.start(); } } //执行情况：线程名t1获得了锁 // 线程名t1释放了锁 // 线程名t2获得了锁 // 线程名t2释放了锁
tryLock()
package com.brickworkers; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class LockTest { private Lock lock = new ReentrantLock(); //需要参与同步的方法 private void method(Thread thread){ /* lock.lock(); try { System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁"); }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); } finally { System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁"); lock.unlock(); }*/ if(lock.tryLock()){ try { System.out.println("线程名"+thread.getName() + "获得了锁"); }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); } finally { System.out.println("线程名"+thread.getName() + "释放了锁"); lock.unlock(); } }else{ System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"有人占着锁，我就不要啦"); } } public static void main(String[] args) { LockTest lockTest = new LockTest(); //线程1 Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockTest.method(Thread.currentThread()); } }, "t1"); Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockTest.method(Thread.currentThread()); } }, "t2"); t1.start(); t2.start(); } } //执行结果： 线程名t2获得了锁 // 我是t1有人占着锁，我就不要啦 // 线程名t2释放了锁
看到这里相信大家也都会使用如何使用Lock了吧，关于tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()不再赘述。前者主要存在一个等待时间，在测试代码中写入一个等待时间，后者主要是等待中断，会抛出一个中断异常，常用度不高，喜欢探究可以自己深入研究。
前面比较重提到“公平锁”，在这里可以提一下ReentrantLock对于平衡锁的定义，在源码中有这么两段：
/** * 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); } /** * Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless * recursive call or no waiters or is first. */ protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } }
从以上源码可以看出在Lock中可以自己控制锁是否公平，而且，默认的是非公平锁，以下是ReentrantLock的构造函数：
public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync();//默认非公平锁 }
尾记录
笔者水平一般，不过此博客在引言中的目的已全部达到。这只是笔者在学习过程中的总结与概括，如存在不正确的，欢迎大家批评指出。
补充
1、两种锁的底层实现方式
synchronized：我们知道java是用字节码指令来控制程序（这里不包括热点代码编译成机器码）。在字节指令中，存在有synchronized所包含的代码块，那么会形成2段流程的执行。
我们点击查看SyncDemo.java的源码SyncDemo.class，可以看到如下：
如上就是这段代码段字节码指令，没你想的那么难吧。言归正传，我们可以清晰段看到，其实synchronized映射成字节码指令就是增加来两个指令：monitorenter和monitorexit。当一条线程进行执行的遇到monitorenter指令的时候，它会去尝试获得锁，如果获得锁那么锁计数+1（为什么会加一呢，因为它是一个可重入锁，所以需要用这个锁计数判断锁的情况），如果没有获得锁，那么阻塞。当它遇到monitorexit的时候，锁计数器-1，当计数器为0，那么就释放锁。
那么有的朋友看到这里就疑惑了，那图上有2个monitorexit呀？马上回答这个问题：上面我以前写的文章也有表述过，synchronized锁释放有两种机制，一种就是执行完释放；另外一种就是发送异常，虚拟机释放。图中第二个monitorexit就是发生异常时执行的流程，这就是我开头说的“会有2个流程存在“。而且，从图中我们也可以看到在第13行，有一个goto指令，也就是说如果正常运行结束会跳转到19行执行。
这下，你对synchronized是不是了解的很清晰了呢。接下来我们再聊一聊Lock。
Lock：Lock实现和synchronized不一样，后者是一种悲观锁，它胆子很小，它很怕有人和它抢吃的，所以它每次吃东西前都把自己关起来。而Lock呢底层其实是CAS乐观锁的体现，它无所谓，别人抢了它吃的，它重新去拿吃的就好啦，所以它很乐观。具体底层怎么实现，博主不在细述，有机会的话，我会对concurrent包下面的机制好好和大家说说，如果面试问起，你就说底层主要靠volatile和CAS操作实现的。
现在，才是我真正想在这篇博文后面加的，我要说的是：尽可能去使用synchronized而不要去使用LOCK
什么概念呢？我和大家打个比方：你叫jdk，你生了一个孩子叫synchronized，后来呢，你领养了一个孩子叫LOCK。起初，LOCK刚来到新家的时候，它很乖，很懂事，各个方面都表现的比synchronized好。你很开心，但是你内心深处又有一点淡淡的忧伤，你不希望你自己亲生的孩子竟然还不如一个领养的孩子乖巧。这个时候，你对亲生的孩子教育更加深刻了，你想证明，你的亲生孩子synchronized并不会比领养的孩子LOCK差。（博主只是打个比方）
那如何教育呢？
在jdk1.6~jdk1.7的时候，也就是synchronized16、7岁的时候，你作为爸爸，你给他优化了，具体优化在哪里呢：
1、线程自旋和适应性自旋
我们知道，java’线程其实是映射在内核之上的，线程的挂起和恢复会极大的影响开销。并且jdk官方人员发现，很多线程在等待锁的时候，在很短的一段时间就获得了锁，所以它们在线程等待的时候，并不需要把线程挂起，而是让他无目的的循环，一般设置10次。这样就避免了线程切换的开销，极大的提升了性能。
而适应性自旋，是赋予了自旋一种学习能力，它并不固定自旋10次一下。他可以根据它前面线程的自旋情况，从而调整它的自旋，甚至是不经过自旋而直接挂起。
2、锁消除
什么叫锁消除呢？就是把不必要的同步在编译阶段进行移除。
那么有的小伙伴又迷糊了，我自己写的代码我会不知道这里要不要加锁？我加了锁就是表示这边会有同步呀？
并不是这样，这里所说的锁消除并不一定指代是你写的代码的锁消除，我打一个比方：
在jdk1.5以前，我们的String字符串拼接操作其实底层是StringBuffer来实现的（这个大家可以用我前面介绍的方法，写一个简单的demo，然后查看class文件中的字节码指令就清楚了），而在jdk1.5之后，那么是用StringBuilder来拼接的。我们考虑前面的情况，比如如下代码：
String str1="qwe"; String str2="asd"; String str3=str1+str2;
底层实现会变成这样：
StringBuffer sb = new StringBuffer(); sb.append("qwe"); sb.append("asd");
我们知道，StringBuffer是一个线程安全的类，也就是说两个append方法都会同步，通过指针逃逸分析（就是变量不会外泄），我们发现在这段代码并不存在线程安全问题，这个时候就会把这个同步锁消除。
3、锁粗化
在用synchronized的时候，我们都讲究为了避免大开销，尽量同步代码块要小。那么为什么还要加粗呢？
我们继续以上面的字符串拼接为例，我们知道在这一段代码中，每一个append都需要同步一次，那么我可以把锁粗化到第一个append和最后一个append（这里不要去纠结前面的锁消除，我只是打个比方）
4、轻量级锁
5、偏向锁
fer sb = new StringBuffer(); sb.append(“qwe”); sb.append(“asd”);
我们知道，StringBuffer是一个线程安全的类，也就是说两个append方法都会同步，通过指针逃逸分析（就是变量不会外泄），我们发现在这段代码并不存在线程安全问题，这个时候就会把这个同步锁消除。 ### 3、锁粗化 在用synchronized的时候，我们都讲究为了避免大开销，尽量同步代码块要小。那么为什么还要加粗呢？ 我们继续以上面的字符串拼接为例，我们知道在这一段代码中，每一个append都需要同步一次，那么我可以把锁粗化到第一个append和最后一个append（这里不要去纠结前面的锁消除，我只是打个比方） ### 4、轻量级锁 ### 5、偏向锁 关于最后这两种，我希望留个有缘的读者自己去查找，我不希望我把一件事情描述的那么详细，自己动手得到才是你自己的，博主可以告诉你的是，最后两种并不难。。加油吧，各位。
