Android并发编程之如何使用ReentrantReadWriteLock替代synchronized来提高程序的效率

标签： android并发编程多线程2015-12-16 14:46 1450人阅读评论(1) 收藏举报分类：Android并发编程（4）

Java的synchronized关键字可以帮助我们解决多线程并发的问题，比如我们有一个公共资源，多个线程都来操作这个公共的资源，就会出现并发的问题，比如不同的线程对同一个数据同时进行读和写，肯定会使得每个线程最后拿到的都不是自己所希望拿到的值，为了解决这个问题，我们可以使用synchronized关键字加锁。

以前synchronized由于性能消耗太大，在Java SE 1.6对它进行了优化，使得synchronized锁现在有4种状态：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁，他们性能消耗是由低向高的，在没有竞争出现的时候，它是偏向锁，性能消耗非常小，基本就没什么消耗，当竞争来了并且竞争变大，它就会逐渐升级成重量级锁，此时的锁的性能开销很大，当一个线程获得锁后，其它的线程只能阻塞等待。

这就是关键，当线程竞争时，synchronized会升级成重量级锁，当一个线程持有锁时，其他的线程只能阻塞等待，有些时候会给我们带来不必要的性能损耗。

我们先来看一段代码

public class Storage {    //被操作的公共数据    private int num;    //使用同步方法，锁对象是当前类对象    private synchronized void write(){        try {            //模拟一下耗时操作            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        //给num增10        num+=10;        System.out.println("Writer:num="+num);    }    //使用同步方法，锁对象是当前类对象    private synchronized void read(){        try {            //模拟一下耗时操作            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);            System.out.println("Reader:num="+num);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

Storage类中有一个公共变量，write（）和read（）方法是来操作公共变量num的，我们使用synchronized关键在修饰方法，锁对象为当前类对象，那么当执行write（）方法时，不能有线程执行read（）方法，同理当执行read（）方法时，也不能有线程执行write（）方法。

public static class Writer implements Runnable{        private Storage storage;        public Writer(Storage storageByLock){            storage = storageByLock;        }        @Override        public void run() {            storage.write();        }    }    public static class Reader implements Runnable{        private Storage storage;        public Reader(Storage storageByLock){            storage = storageByLock;        }        @Override        public void run() {            storage.read();        }    }

这是写着和读者，他们实现了Runnable接口，在run方法里调用了Storage类的write（）方法和read（）方法。

public static void main(String[] args) {        Storage storage = new Storage();        List threads = new ArrayList();        for(int i=0 ; i<5 ; i++){            Thread t = new Thread(new Writer(storage));            threads.add(t);        }        for(int i=0 ; i<5; i++){            Thread t = new Thread(new Reader(storage));            threads.add(t);        }        long startTime = System.currentTimeMillis();        for(Thread t : threads){            t.start();        }        for(Thread t : threads){            try {                t.join();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        System.out.println("time="+(endTime-startTime));    }

这是我们的main方法，首先我们new了一个Storage对象，作为公共的资源，我们创建了5个写者和5个读者，他们分别都是一个线程，我们来运行一下，看看他们是如何执行的
Android并发编程之如何使用ReentrantReadWriteLock替代synchronized来提高程序的效率_第1张图片
我们看到他们是顺序执行的，当一个线程正在执行时，其他的线程是阻塞的，synchronized关键字为我们解决了并发引起的线程安全问题。

但是，我们想象这样一种情况，比如写着很少，读者很多，而读者只是想读出数据，并没有对数据进行修改，那么在读者很多的情况下，它还是得按照一个一个的顺序来执行，这样的效率会很慢，我们来模拟一下这种情况

for(int i=0 ; i<1; i++){            Thread t = new Thread(new Writer(storage));            threads.add(t);        }        for(int i=0 ; i<10; i++){            Thread t = new Thread(new Reader(storage));            threads.add(t);        }

我们现在只需要一个写着，但是我们有10个读者，我们来看一看运行的情况
Android并发编程之如何使用ReentrantReadWriteLock替代synchronized来提高程序的效率_第2张图片
我们看到读者们只是读出数据，并没有改变数据，他们读的值都是一样的，最后程序运行了11秒多才结束。

所以，上面那个情况是有问题的，我们应该需要这样一种机制，就是当有写者正在写的时候，他是独占资源的，其他无论读者还是写者只能阻塞等待；当没有写者正在写的时候，读者们是可以并行读到数据的，这样当写着很少，读者很多的时候，读者们几乎可以同时完成读的操作，这样就大大提升了程序的运行效率。

Java给我们提供了ReentrantReadWriteLock可以解决上面的问题，我们将Storage类中的write（）方法和read（）方法使用ReentrantReadWriteLock来进行加锁

public class Storage {    //被操作的公共数据    private int num;    //Lock锁    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();    private void write(){        //获取到写者锁        //当线程获取到写着锁时，其他线程不可以再获得写者锁和读者锁        //它就相当于synchronized锁住的方法        lock.writeLock().lock();        try{            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);            num+=10;            System.out.println("Writer:num="+num);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }finally{            //一定不要忘了在finially中释放锁            lock.writeLock().unlock();        }    }    private void read(){        //获取读者锁        //读者锁可以同时由很多个线程获得，因此可以增加效率        lock.readLock().lock();        try{            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);            System.out.println("Reader:num="+num);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }finally{            //一定不要忘了释放锁            lock.readLock().unlock();        }    }}

这里需要解释一下：为什么读者锁可以由多个线程同时获得？
如果当前没有写者存在，那么线程可以持有读者锁（只要有写者存在，就不能有读者存在，只有当写者释放了写者锁之后，读者才能够获得读者锁），每当一个线程持有一个读者锁后，系统就会将读者锁的数量加一，每当一个线程释放一个读者锁后，系统会将读者锁的数量减一，只有当读者锁的数量为0时，写者才能够获得写者锁，否则他会阻塞等待所有的读者都读取完毕后，才能进行写操作！

好了，其他地方的代码不变，我们还是模拟1个写者和10个读者，我们看看运行的结果如何
Android并发编程之如何使用ReentrantReadWriteLock替代synchronized来提高程序的效率_第3张图片
看见没，2秒就结束了！我们几乎提高了4倍的运行效率！如果在高并发的环境下，读者千千万万个，那么提高的性能就更加的明显了！

Android并发编程之如何使用ReentrantReadWriteLock替代synchronized来提高程序的效率

Android并发编程之如何使用ReentrantReadWriteLock替代synchronized来提高程序的效率

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