各種同步方法性能比較（synchronized,ReentrantLock,Atomic）

2019-11-14 11:05:59

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供稿：網友

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5.0的多線程任務包對于同步的性能方面有了很大的改進，在原有synchronized關鍵字的基礎上，又增加了ReentrantLock，以及各種Atomic類。了解其性能的優劣程度，有助與我們在特定的情形下做出正確的選擇。

總體的結論先擺出來：

synchronized：

在資源競爭不是很激烈的情況下，偶爾會有同步的情形下，synchronized是很合適的。原因在于，編譯程序通常會盡可能的進行優化synchronize，另外可讀性非常好，不管用沒用過5.0多線程包的程序員都能理解。

ReentrantLock:

ReentrantLock提供了多樣化的同步，比如有時間限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在資源競爭不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差點點。但是當同步非常激烈的時候，synchronized的性能一下子能下降好幾十倍。而ReentrantLock確還能維持常態。

Atomic:

和上面的類似，不激烈情況下，性能比synchronized略遜，而激烈的時候，也能維持常態。激烈的時候，Atomic的性能會優于ReentrantLock一倍左右。但是其有一個缺點，就是只能同步一個值，一段代碼中只能出現一個Atomic的變量，多于一個同步無效。因為他不能在多個Atomic之間同步。所以，我們寫同步的時候，優先考慮synchronized，如果有特殊需要，再進一步優化。ReentrantLock和Atomic如果用的不好，不僅不能提高性能，還可能帶來災難。先貼測試結果：再貼代碼（Atomic測試代碼不準確，一個同步中只能有1個Actomic，這里用了2個，但是這里的測試只看速度） ========================== round:100000 thread:5 Sync = 35301694 Lock = 56255753 Atom = 43467535 ========================== round:200000 thread:10 Sync = 110514604 Lock = 204235455 Atom = 170535361 ========================== round:300000 thread:15 Sync = 253123791 Lock = 448577123 Atom = 362797227 ========================== round:400000 thread:20 Sync = 16562148262 Lock = 846454786 Atom = 667947183 ========================== round:500000 thread:25 Sync = 26932301731 Lock = 1273354016 Atom = 982564544 java代碼

package test.thread; import static java.lang.System.out; import java.util.Random; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class TestSyncMethods { public static void test(int round,int threadNum,CyclicBarrier cyclicBarrier){ new SyncTest("Sync",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime(); new LockTest("Lock",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime(); new AtomicTest("Atom",round,threadNum,cyclicBarrier).testTime(); } public static void main(String args[]){ for(int i=0;i<5;i++){ int round=100000*(i+1); int threadNum=5*(i+1); CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(threadNum*2+1); out.PRintln("=========================="); out.println("round:"+round+" thread:"+threadNum); test(round,threadNum,cb); } } } class SyncTest extends TestTemplate{ public SyncTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){ super( _id, _round, _threadNum, _cb); } @Override /** * synchronized關鍵字不在方法簽名里面，所以不涉及重載問題 */ synchronized long getValue() { return super.countValue; } @Override synchronized void sumValue() { super.countValue+=preInit[index++%round]; } } class LockTest extends TestTemplate{ ReentrantLock lock=new ReentrantLock(); public LockTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){ super( _id, _round, _threadNum, _cb); } /** * synchronized關鍵字不在方法簽名里面，所以不涉及重載問題 */ @Override long getValue() { try{ lock.lock(); return super.countValue; }finally{ lock.unlock(); } } @Override void sumValue() { try{ lock.lock(); super.countValue+=preInit[index++%round]; }finally{ lock.unlock(); } } } class AtomicTest extends TestTemplate{ public AtomicTest(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){ super( _id, _round, _threadNum, _cb); } @Override /** * synchronized關鍵字不在方法簽名里面，所以不涉及重載問題 */ long getValue() { return super.countValueAtmoic.get(); } @Override void sumValue() { super.countValueAtmoic.addAndGet(super.preInit[indexAtomic.get()%round]); } } abstract class TestTemplate{ private String id; protected int round; private int threadNum; protected long countValue; protected AtomicLong countValueAtmoic=new AtomicLong(0); protected int[] preInit; protected int index; protected AtomicInteger indexAtomic=new AtomicInteger(0); Random r=new Random(47); //任務柵欄，同批任務，先到達wait的任務掛起，一直等到全部任務到達制定的wait地點后，才能全部喚醒，繼續執行 private CyclicBarrier cb; public TestTemplate(String _id,int _round,int _threadNum,CyclicBarrier _cb){ this.id=_id; this.round=_round; this.threadNum=_threadNum; cb=_cb; preInit=new int[round]; for(int i=0;i<preInit.length;i++){ preInit[i]=r.nextInt(100); } } abstract void sumValue(); /* * 對long的操作是非原子的，原子操作只針對32位 * long是64位，底層操作的時候分2個32位讀寫，因此不是線程安全 */ abstract long getValue(); public void testTime(){ ExecutorService se=Executors.newCachedThreadPool(); long start=System.nanoTime(); //同時開啟2*ThreadNum個數的讀寫線程 for(int i=0;i<threadNum;i++){ se.execute(new Runnable(){ public void run() { for(int i=0;i<round;i++){ sumValue(); } //每個線程執行完同步方法后就等待 try { cb.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }); se.execute(new Runnable(){ public void run() { getValue(); try { //每個線程執行完同步方法后就等待 cb.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }); } try { //當前統計線程也wait,所以CyclicBarrier的初始值是threadNum*2+1 cb.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } //所有線程執行完成之后，才會跑到這一步 long duration=System.nanoTime()-start; out.println(id+" = "+duration); } }

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