死磕java同步系列之ReentrantLockVSsynchronized——结果可能跟你想
问题
(1)ReentrantLock有哪些优点?
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(2)ReentrantLock有哪些缺点?
(3)ReentrantLock是否可以完全替代synchronized?
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,底层是通过修改对象头中的MarkWord来实现的。
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,底层是通过原子更新状态变量state来实现的。
既然有了synchronized的关键字来保证同步了,为什么还要实现一个ReentrantLock类呢?它们之间有什么异同呢?
ReentrantLock VS synchronized
直接上表格:(手机横屏查看更方便)
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 | 需要手动加锁、解锁,一般使用try..finally..保证锁能够释放 | 手动加锁,无需刻意解锁 |
按key锁 | 不支持,比如按用户id加锁 | 支持,synchronized加锁时需要传入一个对象 |
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
在测试之前,我们先预想一下结果,随着线程数的不断增加,ReentrantLock(fair)、ReentrantLock(unfair)、synchronized三者的效率怎样呢?
我猜测应该是ReentrantLock(unfair)> synchronized > ReentrantLock(fair)。
到底是不是这样呢?
直接上测试代码:(为了全面对比,彤哥这里把AtomicInteger和LongAdder也拿来一起对比了)
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));
}
}
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,运行后发现以下规律:
随着线程数的不断增加,synchronized的效率竟然比ReentrantLock非公平模式要高!
彤哥的电脑上大概是高3倍左右,我的运行环境是4核8G,java版本是8,请大家一定要在自己电脑上运行一下,并且最好能给我反馈一下。
彤哥又使用Java7及以下的版本运行了,发现在Java7及以下版本中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的功能非常丰富,解决了很多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的效率只会越来越高;
彩蛋
既然ReentrantLock的功能更丰富,而且效率也不低,我们是不是可以放弃使用synchronized了呢?
答:我认为不是。因为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,所以我认为在功能相同的前提下,最好还是使用原生的synchronized关键字来加锁,这样我们就能获得Java版本升级带来的免费的性能提升的空间。
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的性能提升。
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