互为补充，谁在引领并发领域——ReentrantLock 与 synchronized 的共舞

后端

2023-10-28 15:49:48

Java并发中的锁实现：ReentrantLock与synchronized大比拼

导读

在Java并发编程中，锁是协调多线程访问共享资源的关键工具。ReentrantLock和synchronized是两种常用的锁实现，它们有着不同的实现原理、性能表现和使用场景。本文将深入探究这两种锁的异同，帮助你选择最适合你项目的锁实现。

原理揭秘：CAS与Monitor

ReentrantLock和synchronized都是通过JVM底层的CAS（Compare and Swap）操作来实现锁的获取和释放。

ReentrantLock：可重入计数器

ReentrantLock是一种可重入锁，它通过维护一个计数器来实现锁的获取和释放。当一个线程获取锁时，计数器加1；当它释放锁时，计数器减1。当计数器为0时，表示锁处于未被获取的状态。

ReentrantLock还支持公平锁和非公平锁两种模式。公平锁保证了线程获取锁的顺序与它们请求锁的顺序是一致的；非公平锁则允许线程以任意顺序获取锁。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {

    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                // 执行临界区代码
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                // 执行临界区代码
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

synchronized：JVM Monitor

synchronized是Java语言中内置的同步，它通过JVM的Monitor机制来实现锁的获取和释放。当一个线程执行synchronized代码块时，它必须先获取该代码块对应的锁对象。如果锁对象已经被其他线程持有，那么该线程将被挂起，直到锁对象被释放为止。

synchronized还支持重入，这意味着一个线程可以多次获取同一个锁对象。但是，它不支持公平锁，因此线程获取锁的顺序是不可预测的。

public class SynchronizedExample {

    private static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                // 执行临界区代码
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                // 执行临界区代码
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

性能表现：ReentrantLock更胜一筹

在性能方面，ReentrantLock通常优于synchronized。这是因为ReentrantLock是基于CAS操作实现的，而synchronized则依赖于JVM的Monitor机制。Monitor机制需要在内核态和用户态之间进行切换，这会带来额外的性能开销。

在高并发场景下，ReentrantLock的性能优势尤为明显。

使用场景：细粒度vs粗粒度

ReentrantLock和synchronized都有各自适用的场景。

ReentrantLock：细粒度控制

ReentrantLock适合于需要对共享资源进行细粒度控制的场景，例如在多线程环境下更新数据结构。

synchronized：粗粒度控制

synchronized适合于需要对共享资源进行粗粒度控制的场景，例如在多线程环境下访问一个全局变量。

总结

ReentrantLock和synchronized是Java并发编程中常用的锁实现，它们各有千秋。ReentrantLock的性能通常优于synchronized，适合于需要对共享资源进行细粒度控制的场景。synchronized则适合于需要对共享资源进行粗粒度控制的场景。在实际开发中，你需要根据实际情况选择合适的锁实现，以保证程序的正确性和性能。

常见问题解答

什么是锁？

锁是一种同步机制，它允许线程在访问共享资源时协调它们的访问，防止数据不一致。
为什么需要锁？

在多线程环境下，如果多个线程同时访问共享资源，可能会导致数据不一致或死锁。使用锁可以确保一次只有一个线程访问共享资源，从而保证数据的一致性。
什么是可重入锁？

可重入锁允许一个线程多次获取同一个锁对象。这对于防止死锁至关重要。
什么是公平锁和非公平锁？

公平锁保证了线程获取锁的顺序与它们请求锁的顺序是一致的。非公平锁则允许线程以任意顺序获取锁。
如何选择合适的锁实现？

在选择锁实现时，需要考虑共享资源的粒度、并发性以及性能要求。对于需要对共享资源进行细粒度控制的高并发场景，ReentrantLock通常是更好的选择。对于需要对共享资源进行粗粒度控制的低并发场景，synchronized则更适合。