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）

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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