Java多线程----java 对象锁(synchronized/lock)

 在并发环境下，解决共享资源冲突问题时，可以考虑使用锁机制。

1. 对象锁

      所有对象都自动含有单一的锁。
     JVM负责跟踪对象被加锁的次数。如果一个对象被解锁，其计数变为0。在任务（线程）第一次给对象加锁的时候，计数变为1。每当这个相同的任务（线程）在此对象上获得锁时，计数会递增。
     只有首先获得锁的任务（线程）才能继续获取该对象上的多个锁。
     每当任务离开一个synchronized方法，计数递减，当计数为0的时候，锁被完全释放，此时别的任务就可以使用此资源。

    被syncronized修饰的方法，是对类的对象加锁，也就是说，当对象访问该方法时，当前的对象会被加锁，同一时刻同一对象不能再访问该方法，或者该对象的其他被syncronized修饰的方法。不同对象，同一时刻可以访问同一个syncronized方法或其他syncronized方法，两个对象之间并不产生互斥关系。

2. 类锁

      对于同步静态方法/静态变量互斥体，由于一个class不论被实例化多少次，其中的静态方法和静态变量在内存中都只由一份。所以，一旦一个静态的方法被申明为synchronized。此类所有的实例化对象在调用此方法，共用同一把锁，我们称之为类锁。一旦一个静态变量被作为synchronized block的互斥体。进入此同步区域时，都要先获得此静态变量的对象锁。

      由上述同步静态方法引申出一个概念，那就是类锁。其实系统中并不存在什么类锁。当一个同步静态方法被调用时，系统获取的其实就是代表该类的类对象的对象锁
     被static、syncronized修饰的方法，是对类进行加锁，也就是说，同一时刻只有一个类能访问该方法。对象锁与类锁不会产生互斥关系。
      可以尝试用以下方式获取类锁

[java]  view plain  copy

1. synchronized (xxx.class) {...}  
2.   
3. synchronized (Class.forName("xxx")) {...}  

       若要同时获取两种锁，同时获取类锁和对象锁是允许的，并不会产生任何问题，但使用类锁时一定要注意，一旦产生类锁的嵌套获取的话，就会产生死锁，因为每个class在内存中都只能生成一个Class实例对象。

3. synchronized同步块

3.1. 同步到单一对象锁

        当使用同步块时，如果方法下的同步块都同步到一个对象上的锁，则所有的任务（线程）只能互斥的进入这些同步块。
        Resource1.java演示了三个线程（包括main线程）试图进入某个类的三个不同的方法的同步块中，虽然这些同步块处在不同的方法中，但由于是同步到同一个对象（当前对象 synchronized (this)），所以对它们的方法依然是互斥的。
Resource1.java

[java]  view plain  copy

1. package com.zj.lock;  
2. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
3.    
4. public class Resource1 {  
5.     public void f() {  
6.        // other operations should not be locked...  
7.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
8.               + ":not synchronized in f()");  
9.        synchronized (this) {  
10.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
11.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
12.                      + ":synchronized in f()");  
13.               try {  
14.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
15.               } catch (InterruptedException e) {  
16.                   e.printStackTrace();  
17.               }  
18.            }  
19.        }  
20.     }  
21.    
22.     public void g() {  
23.        // other operations should not be locked...  
24.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
25.               + ":not synchronized in g()");  
26.        synchronized (this) {  
27.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
28.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
29.                      + ":synchronized in g()");  
30.               try {  
31.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
32.               } catch (InterruptedException e) {  
33.                   e.printStackTrace();  
34.               }  
35.            }  
36.        }  
37.     }  
38.    
39.     public void h() {  
40.        // other operations should not be locked...  
41.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
42.               + ":not synchronized in h()");  
43.        synchronized (this) {  
44.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
45.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
46.                      + ":synchronized in h()");  
47.               try {  
48.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
49.               } catch (InterruptedException e) {  
50.                   e.printStackTrace();  
51.               }  
52.            }  
53.        }  
54.     }  
55.    
56.     public static void main(String[] args) {  
57.        final Resource1 rs = new Resource1();  
58.    
59.        new Thread() {  
60.            public void run() {  
61.               rs.f();  
62.            }  
63.        }.start();  
64.    
65.        new Thread() {  
66.            public void run() {  
67.               rs.g();  
68.            }  
69.        }.start();  
70.    
71.        rs.h();  
72.     }  
73. }  

结果：
Thread-0:not synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
main:not synchronized in h()
Thread-1:not synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()

3.2. 同步到多个对象锁

        Resource1.java演示了三个线程（包括main线程）试图进入某个类的三个不同的方法的同步块中，这些同步块处在不同的方法中，并且是同步到三个不同的对象（synchronized (this)，synchronized(syncObject1)，synchronized (syncObject2)），所以对它们的方法中的临界资源访问是独立的。
Resource2.java

[java]  view plain  copy

1. package com.zj.lock;  
2. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
3.    
4. public class Resource2 {  
5.     private Object syncObject1 = new Object();  
6.     private Object syncObject2 = new Object();  
7.    
8.     public void f() {  
9.        // other operations should not be locked...  
10.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
11.               + ":not synchronized in f()");  
12.        synchronized (this) {  
13.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
14.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
15.                      + ":synchronized in f()");  
16.               try {  
17.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
18.               } catch (InterruptedException e) {  
19.                   e.printStackTrace();  
20.               }  
21.            }  
22.        }  
23.     }  
24.    
25.     public void g() {  
26.        // other operations should not be locked...  
27.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
28.               + ":not synchronized in g()");  
29.        synchronized (syncObject1) {  
30.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
31.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
32.                      + ":synchronized in g()");  
33.               try {  
34.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
35.               } catch (InterruptedException e) {  
36.                   e.printStackTrace();  
37.               }  
38.            }  
39.        }  
40.     }  
41.    
42.     public void h() {  
43.        // other operations should not be locked...  
44.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
45.               + ":not synchronized in h()");  
46.        synchronized (syncObject2) {  
47.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
48.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
49.                      + ":synchronized in h()");  
50.               try {  
51.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
52.               } catch (InterruptedException e) {  
53.                   e.printStackTrace();  
54.               }  
55.            }  
56.        }  
57.     }  
58.    
59.     public static void main(String[] args) {  
60.        final Resource2 rs = new Resource2();  
61.    
62.        new Thread() {  
63.            public void run() {  
64.               rs.f();  
65.            }  
66.        }.start();  
67.    
68.        new Thread() {  
69.            public void run() {  
70.               rs.g();  
71.            }  
72.        }.start();  
73.    
74.        rs.h();  
75.     }  
76. }  

结果：
Thread-0:not synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
main:not synchronized in h()
main:synchronized in h()
Thread-1:not synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()

4. Lock对象锁

      除了使用synchronized外，还可以使用Lock对象来创建临界区。Resource3.java的演示效果同Resource1.java；Resource4.java的演示效果同Resource2.java。
Resource3.java

[java]  view plain  copy

1. package com.zj.lock;  
2. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
3. import java.util.concurrent.locks.Lock;  
4. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
5.    
6. public class Resource3 {  
7.     private Lock lock = new ReentrantLock();  
8.    
9.     public void f() {  
10.        // other operations should not be locked...  
11.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
12.               + ":not synchronized in f()");  
13.        lock.lock();  
14.        try {  
15.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
16.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
17.                      + ":synchronized in f()");  
18.               try {  
19.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
20.               } catch (InterruptedException e) {  
21.                   e.printStackTrace();  
22.               }  
23.            }  
24.        } finally {  
25.            lock.unlock();  
26.        }  
27.     }  
28.    
29.     public void g() {  
30.        // other operations should not be locked...  
31.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
32.               + ":not synchronized in g()");  
33.        lock.lock();  
34.        try {  
35.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
36.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
37.                      + ":synchronized in g()");  
38.               try {  
39.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
40.               } catch (InterruptedException e) {  
41.                   e.printStackTrace();  
42.               }  
43.            }  
44.        } finally {  
45.            lock.unlock();  
46.        }  
47.     }  
48.    
49.     public void h() {  
50.        // other operations should not be locked...  
51.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
52.               + ":not synchronized in h()");  
53.        lock.lock();  
54.        try {  
55.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
56.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
57.                      + ":synchronized in h()");  
58.               try {  
59.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
60.               } catch (InterruptedException e) {  
61.                   e.printStackTrace();  
62.               }  
63.            }  
64.        } finally {  
65.            lock.unlock();  
66.        }  
67.     }  
68.    
69.     public static void main(String[] args) {  
70.        final Resource3 rs = new Resource3();  
71.    
72.        new Thread() {  
73.            public void run() {  
74.               rs.f();  
75.            }  
76.        }.start();  
77.    
78.        new Thread() {  
79.            public void run() {  
80.               rs.g();  
81.            }  
82.        }.start();  
83.    
84.        rs.h();  
85.     }  

结果：
Thread-0:not synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
main:not synchronized in h()
Thread-1:not synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()

Resource4.java

[java]  view plain  copy

1. package com.zj.lock;  
2. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
3. import java.util.concurrent.locks.Lock;  
4. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
5.    
6. public class Resource4 {  
7.     private Lock lock1 = new ReentrantLock();  
8.     private Lock lock2 = new ReentrantLock();  
9.     private Lock lock3 = new ReentrantLock();  
10.    
11.     public void f() {  
12.        // other operations should not be locked...  
13.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
14.               + ":not synchronized in f()");  
15.        lock1.lock();  
16.        try {  
17.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
18.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
19.                      + ":synchronized in f()");  
20.               try {  
21.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
22.               } catch (InterruptedException e) {  
23.                   e.printStackTrace();  
24.               }  
25.            }  
26.        } finally {  
27.            lock1.unlock();  
28.        }  
29.     }  
30.    
31.     public void g() {  
32.        // other operations should not be locked...  
33.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
34.               + ":not synchronized in g()");  
35.        lock2.lock();  
36.        try {  
37.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
38.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
39.                      + ":synchronized in g()");  
40.               try {  
41.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
42.               } catch (InterruptedException e) {  
43.                   e.printStackTrace();  
44.               }  
45.            }  
46.        } finally {  
47.            lock2.unlock();  
48.        }  
49.     }  
50.    
51.     public void h() {  
52.        // other operations should not be locked...  
53.        System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
54.               + ":not synchronized in h()");  
55.        lock3.lock();  
56.        try {  
57.            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
58.               System.out.println(Thread.currentThread().getName()  
59.                      + ":synchronized in h()");  
60.               try {  
61.                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
62.               } catch (InterruptedException e) {  
63.                   e.printStackTrace();  
64.               }  
65.            }  
66.        } finally {  
67.            lock3.unlock();  
68.        }  
69.     }  
70.    
71.     public static void main(String[] args) {  
72.        final Resource4 rs = new Resource4();  
73.    
74.        new Thread() {  
75.            public void run() {  
76.               rs.f();  
77.            }  
78.        }.start();  
79.    
80.        new Thread() {  
81.            public void run() {  
82.               rs.g();  
83.            }  
84.        }.start();  
85.    
86.        rs.h();  
87.     }  
88. }  

结果：
Thread-0:not synchronized in f()
Thread-0:synchronized in f()
main:not synchronized in h()
main:synchronized in h()
Thread-1:not synchronized in g()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()
Thread-1:synchronized in g()
Thread-0:synchronized in f()
main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

     另外，ReentrantLock可定时和可轮询的锁获取模式由tryLock方法实现。

[java]  view plain  copy

1. public boolean tryLock(); //等同于tryLock(0, TimeUnit.SECONDS),不停询问是否可获取锁  
2. public boolean tryLock(long timeout,  
3.                        TimeUnit unit)  
4.                 throws InterruptedException    //timeout - 等待锁的时间,unit - timeout 参数的时间单位   

   

5. synchronized和lock的区别:

      Lock 的锁定是通过代码实现的，而 synchronized 是在 JVM 层面上实现的。

      synchronized 在锁定时如果方法块抛出异常，JVM 会自动将锁释放掉，不会因为出了异常没有释放锁造成线程死锁。但是 Lock 的话就享受不到 JVM 带来自动的功能，出现异常时必须在 finally 将锁释放掉，否则将会引起死锁。

      在资源竞争不是很激烈的情况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的。原因在于，编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize，另外可读性非常好，不管用没用过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，比如有时间限制的同步，可以被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。但是当同步非常激烈的时候，synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。

      Atomic: 

      和上面的类似，不激烈情况下，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。但是其有一个缺点，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。因为他不能在多个Atomic之间同步。

6、sleep() 和 wait() 有什么区别?

sleep是让线程指定休眠时间，然后继续工作

wait则是等待，直到有线程通知notify（）唤醒他才会重新工作。 

notify()、 notifyAll 方法
无法指定。选择是任意性的。

唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果有多个线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。