锁类陷阱：详解 Synchronized 与 Lock
2022-12-02 14:43:47
锁类大揭秘：Synchronized 与 Lock 的较量
理解锁在多线程中的作用
在多线程编程的世界里，锁就像交通信号灯，确保多个线程有序地访问共享资源，防止冲突和数据损坏。Java 提供了两种锁类：Synchronized 和 Lock，各有优缺点，适合不同的使用场景。让我们深入探索它们的内幕，帮助你驾驭锁的迷宫。
Synchronized：简单易用，但代价高昂
Synchronized 是 Java 的内置锁，使用 JVM 的监视器（monitor）来实施同步。它就像一个严格的守门员，当一个线程获得锁时，其他线程必须耐心等待，直到它释放锁。
虽然 Synchronized 简单易用，只需在需要同步的代码块前加上 synchronized 即可，但它的缺点也很明显：性能损耗大。这是因为 JVM 的监视器是全局性的，这意味着当一个线程获得一个对象的锁时，所有其他线程都会被阻塞，即使它们不需要访问该对象。就像交通拥堵一样，Synchronized 会导致不必要的等待，从而拖慢你的应用程序。
Lock：灵活高效，但使用复杂
Lock 是 Java 中一个更灵活的锁接口，它提供了比 Synchronized 更细粒度的锁控制。想象一下一个更智能的交通信号灯，它可以区分不同的车辆类型，并为它们分配不同的优先级。
Lock 接口提供了多种方法，如 lock()、unlock() 和 tryLock()，让你可以精确地控制线程对锁的获取和释放。此外，Lock 的锁是可重入的，这意味着一个线程可以多次获得同一个锁，就像一辆车可以在不同路口多次经过交通信号灯。
虽然 Lock 灵活高效，但它的使用也更复杂。你需要更深入地了解多线程编程，才能正确地使用 Lock。就像驾驶手动挡汽车，Lock 要求你对底层机制有更深入的理解。
根据需求选择合适的锁
Synchronized 和 Lock 都是有价值的锁类，但它们适合不同的场景。
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Synchronized： 如果你只需要对一个共享资源进行简单的同步，并且性能不是瓶颈，那么 Synchronized 是一个不错的选择。就像一个简单的红绿灯，它能确保线程有序地访问资源。
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Lock： 如果你需要对共享资源进行更细粒度的控制，或者需要使用可重入锁，那么 Lock 是你的最佳选择。就像一个智能交通信号灯，它能更有效地管理线程，减少等待时间。
深入剖析 Synchronized 和 Lock 的实现原理
为了更好地理解这两种锁类，让我们深入剖析它们的内部运作机制。
Synchronized：使用监视器（monitor）实现
Synchronized 使用 JVM 的监视器来实现同步。监视器是一个数据结构，包含一个锁标记和一个等待队列。就像一个守卫室，锁标记指示锁的状态，而等待队列则容纳等待获得锁的线程。
当一个线程获得一个对象的锁时，JVM 会将该线程放入监视器的等待队列中，并设置锁标记为已锁定的状态。就像一辆车停在交通信号灯前，等待通行。当该线程释放锁时，JVM 会将锁标记设置为未锁定的状态，并唤醒等待队列中的第一个线程，就像交通信号灯变绿，让等待的车辆通过。
Lock：使用操作系统锁机制实现
Lock 接口的实现类通常使用操作系统提供的锁机制来实现同步。就像不同类型的交通信号灯，操作系统提供了各种锁机制，如互斥锁、读写锁和自旋锁，用于不同的同步场景。
例如，ReentrantLock 是 Lock 接口的一个流行实现，它使用互斥锁来实现同步。当一个线程获得 ReentrantLock 对象的锁时，操作系统会将该线程放入互斥锁的等待队列中，并设置互斥锁的锁标记为已锁定的状态。当该线程释放锁时，操作系统会将互斥锁的锁标记设置为未锁定的状态，并唤醒等待队列中的第一个线程。
总结
Synchronized 和 Lock 都是 Java 中强大的锁类，但它们在实现方式、使用复杂性和适用场景上有所不同。根据你的需求仔细选择合适的锁类，就像选择正确的交通信号灯类型以优化你的应用程序性能。
常见问题解答
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Synchronized 和 Lock 的主要区别是什么？
Synchronized 使用 JVM 的监视器，性能开销大，而 Lock 使用操作系统锁机制，更加灵活高效。 -
什么时候应该使用 Synchronized？
当需要对共享资源进行简单的同步，并且性能不是问题时，可以使用 Synchronized。 -
什么时候应该使用 Lock？
当需要对共享资源进行更细粒度的控制，或者需要使用可重入锁时，可以使用 Lock。 -
Lock 接口的实现类有什么不同？
不同的 Lock 实现类使用不同的操作系统锁机制，如互斥锁、读写锁和自旋锁。 -
如何选择正确的锁类？
根据你的需求评估性能、控制粒度和可重入性，选择最合适的锁类。
希望这篇文章能帮助你更好地理解 Synchronized 和 Lock，并解锁你多线程编程技能的新高度。
