一文帶你搞懂Java中Synchronized和Lock的原理與使用

第一文帶你搞懂Java中Synchronized和Lock的原理與使用1、Synchronized與Lock對比

實現(xiàn)方式：Synchronized是Java語言內(nèi)置的關(guān)鍵字，而Lock是一個Java接口。

鎖的獲取和釋放：Synchronized是隱式獲取和釋放鎖，由Java虛擬機自動完成；而Lock需要顯式地調(diào)用lock()方法獲取鎖，并且必須在finally塊中調(diào)用unlock()方法來釋放鎖。

可中斷性：在獲取鎖的過程中，如果線程被中斷，synchronized會拋出InterruptedException異常并且自動釋放鎖，而Lock則需要手動捕獲InterruptedException異常并處理，同時也支持非阻塞、可輪詢以及定時獲取鎖的方式。

公平性：Synchronized不保證線程獲取鎖的公平性，而Lock可以通過構(gòu)造函數(shù)指定公平或非公平鎖。

鎖狀態(tài)：Synchronized無法判斷鎖的狀態(tài)，而Lock可以通過tryLock()、isLocked()來判斷鎖的狀態(tài)(線程是否可能取到鎖、鎖是否被占用等)。

粒度：Synchronized鎖的粒度較粗，只能鎖住整個方法或代碼塊，而Lock可以細粒度地控制鎖的范圍，比如鎖某個對象的部分屬性。

場景：如果在簡單的并發(fā)場景下，推薦使用Synchronized；而在需要更高級的鎖控制時，可以考慮使用Lock。

一般情況建議使用Synchronized，在JDK1.5之前Lock優(yōu)于Synchronized，但在JDK1.5之后對Synchronized進行了優(yōu)化，后面在性能方面基本與Lock一樣且使用簡單(有作者說Synchronized是親生的，JDK還是會一直優(yōu)化他不會讓Lock優(yōu)于它)。

2、Synchronized與Lock原理

2.1Synchronized原理

Synchronized是Java語言中最常用的同步機制之一，它可以確保多個線程訪問共享資源時的互斥性和可見性。Synchronized關(guān)鍵字的原理如下：

Synchronized使用了內(nèi)置鎖（也稱為監(jiān)視器鎖）來實現(xiàn)同步。每個Java對象都有一個內(nèi)置鎖，當(dāng)該對象作為鎖被獲取時，其他試圖獲取該鎖的線程會被阻塞，直到該鎖被釋放。

Synchronized的鎖是與對象相關(guān)聯(lián)的。當(dāng)一個線程進入Synchronized代碼塊時，它必須先獲取該對象的鎖才能執(zhí)行代碼，否則就會被阻塞。當(dāng)該線程退出Synchronized代碼塊時，它會自動釋放該對象的鎖。

Synchronized具有可重入性。如果當(dāng)前線程已經(jīng)獲得了某個對象的鎖，那么它可以繼續(xù)訪問該對象的其他Synchronized代碼塊，而不會被自己持有的鎖所阻塞。

Synchronized還具有volatile變量的讀寫語義。在使用Synchronized關(guān)鍵字時，內(nèi)存屏障會確保本地線程中修改過的變量值被刷新回主內(nèi)存，從而保證了多個線程之間對變量修改的可見性。

Synchronized通過使用內(nèi)置鎖、與對象關(guān)聯(lián)的鎖、可重入性以及內(nèi)存屏障等機制來實現(xiàn)線程的同步和鎖的管理，以保證對共享資源的訪問具有互斥性和可見性。

2.2Lock原理

Lock是Java語言中的一種高級同步機制，它提供了比Synchronized更加靈活和可擴展的同步特性。Lock機制的原理如下：

Lock使用了對象的鎖來實現(xiàn)同步。每個Lock對象都有一個鎖，當(dāng)該鎖被獲取時，其他試圖獲取該鎖的線程會被阻塞，直到該鎖被釋放。

Lock的鎖是與對象無關(guān)的。相比于Synchronized關(guān)鍵字，Lock提供了更加靈活的方式來控制鎖的獲取和釋放。例如，它支持可中斷的獲取鎖操作、超時獲取鎖操作等等。因此，在需要手動控制鎖的獲取和釋放時，Lock是一個很好的選擇。

Lock還具有可重入性。如果當(dāng)前線程已經(jīng)獲得了某個Lock對象的鎖，那么它可以繼續(xù)訪問該對象的其他Lock代碼塊，而不會被自己持有的鎖所阻塞。

Lock使用了條件變量來實現(xiàn)線程的等待和通知。Condition接口提供了await()、signal()和signalAll()等方法，用于線程之間的等待和通知，從而避免了Object類中wait()和notify()方法可能出現(xiàn)的信號丟失問題。

Lock通過使用對象的鎖、與對象無關(guān)的鎖、可重入性以及條件變量等機制來實現(xiàn)線程的同步和鎖的管理，以保證對共享資源的訪問具有互斥性和可見性。與Synchronized關(guān)鍵字相比，Lock提供了更加靈活和可擴展的同步特性，但也需要更多的代碼來控制鎖的獲取和釋放。

3、Synchronized與Lock使用

下面分別給出Synchronized和Lock的使用示例。

Synchronized

publicclassCounter{

privateintcount;

publicsynchronizedvoidincrement(){

count++;

}

上述代碼定義了一個計數(shù)器類Counter，方法都使用了synchronized關(guān)鍵字來實現(xiàn)線程同步。

importjava.util.concurrent.locks.Lock;

importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

publicclassCounter{

privateintcount;

privateLocklock=newReentrantLock();

publicvoidincrement(){

lock.lock();

try{

count++;

}finally{

lock.unlock();

}

上述代碼也是定義了一個計數(shù)器類Counter，但是使用的是Lock接口來實現(xiàn)線程同步。在這種情況下，需要先創(chuàng)建一個ReentrantLock對象，然后在需要同步的代碼塊中調(diào)用lock()方法獲取鎖，在finally塊中調(diào)用unlock()方法釋放鎖。

總的來說，Synchronized更加簡單易用，適合用于一些簡單的并發(fā)場景；而Lock提供了更多的靈活性和可擴展性，適合用于一些復(fù)雜的并發(fā)場景。

4、相關(guān)問題

1）Synchronized和Lock有什么區(qū)別？

實現(xiàn)方式：Synchronized是Java內(nèi)置的關(guān)鍵字，而Lock是一個接口。

鎖的獲取和釋放：Synchronized的獲取和釋放鎖由JVM自動完成，而Lock需要手動調(diào)用lock()方法獲取鎖并在finally塊中調(diào)用unlock()方法釋放鎖。

可中斷性：如果線程在獲取鎖的過程中被中斷，Synchronized會拋出InterruptedException異常并自動釋放鎖，而Lock需要手動處理這種情況。

公平性：Synchronized不保證公平性，而Lock可以通過構(gòu)造函數(shù)指定公平或非公平鎖。

粒度：Synchronized鎖的粒度比較粗，只能鎖住整個方法或代碼塊，而Lock可以細粒度地控制鎖的范圍。

2）Synchronized的實現(xiàn)原理是什么？

Synchronized是基于Java對象頭的監(jiān)視器（Monitor）實現(xiàn)的。每個Java對象都有一個監(jiān)視器，同步塊的進入和退出需要獲取和釋放對象的監(jiān)視器。當(dāng)線程嘗試進入一個被鎖住的同步塊時，它會先嘗試獲取對象的監(jiān)視器鎖，如果鎖已經(jīng)被占用，線程就會進入阻塞狀態(tài)，直到鎖被釋放。

3）Lock的實現(xiàn)原理是什么？

Lock的實現(xiàn)是基于Java的AbstractQueuedSynchronizer（AQS）框架的。Lock接口定義了多個獲取和釋放鎖的方法，其中比較重要的是lock()和unlock()方法。當(dāng)一個線程調(diào)用lock()方法獲取鎖時，如果鎖未被占用，則該線程會占用鎖并繼續(xù)執(zhí)行；否則，該線程會進入阻塞狀態(tài)，直到鎖被釋放。當(dāng)一個線程調(diào)用unlock()方法釋放鎖時，會通知等待隊列中的其他線程繼續(xù)嘗試獲取鎖。

4）什么是可重入鎖？

可重入鎖指的是同一個線程在持有鎖的情況下，能夠再次獲取該鎖，而不會導(dǎo)致死鎖。Synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖?？芍厝腈i通過記錄持有鎖的線程和重入次數(shù)，來避免死鎖的發(fā)生。

5）ReentrantLock為什么比Synchronized更靈活？

ReentrantLock比Synchronized更靈活主要因為它提供了以下功能：

可以指定公平鎖或非公平鎖。

支持獲取鎖的超時時間。

支持可中斷的獲取鎖操作。

可以通過tryLock()方法嘗試獲取鎖，如果鎖已經(jīng)被占用，則返回false。

支持多個Condition對象，可以讓線程在不同的條件下等待和喚醒。

6）什么是鎖自旋？

鎖自旋是一種優(yōu)化鎖競爭的技術(shù)，它用于減少線程在獲取鎖時的等待時間。