synchronized 和 ReentrantLock 的异同点是什么?

synchronized是Java内置的隐式锁,使用简单且由JVM自动管理锁的获取与释放,适合大多数简单的同步场景,具备良好的性能优化(如偏向锁、轻量级锁);而ReentrantLock是显式锁,需手动调用lock()和unlock(),提供了更灵活的控制能力,如公平锁、非阻塞尝试获取锁(tryLock)、可中断锁获取(lockInterruptibly)以及多条件变量(Condition),适用于复杂并发控制需求。随着JVM对synchronized的持续优化,二者在性能上的差距已不明显,选择时应优先考虑功能需求:若无需高级特性,synchronized更简洁安全;若需精细控制,则应选用ReentrantLock。

synchronized 和 reentrantlock 的异同点是什么?

synchronized

ReentrantLock

在 Java 并发编程中都是实现线程同步的基石,它们的核心目标都是确保在给定时间只有一个线程能访问临界区,从而避免数据不一致。不过,它们在用法、灵活性和底层实现上有着显著的区别。简单来说,

synchronized

是 Java 语言层面提供的内置锁,更偏向于隐式和便捷;而

ReentrantLock

则是

java.util.concurrent.locks

包下的一个类,提供了更丰富、更显式的锁操作。

解决方案

在我看来,理解

synchronized

ReentrantLock

的异同,就像是在选择一把日常用的钥匙和一套高级的安防系统。

synchronized

就像是那把我们从小用到大的普通钥匙,简单、直接、可靠。你用它开门,门自动就锁上了;你出门,门自动就关好了,不用你操心。它的锁机制是内置在 JVM 中的,可以作用于方法或者代码块。当一个线程进入

synchronized

修饰的代码块或方法时,它会自动获取对象的监视器锁(monitor lock),离开时则自动释放。这种自动管理机制,大大降低了死锁和忘记释放锁的风险,对于我们日常开发中大多数简单的同步需求来说,简直是福音。

然而,这把“普通钥匙”也有它的局限性。比如说,你不能选择这把钥匙是“公平”地分配给等待最久的那个线程,还是“不公平”地让刚到的线程也可能插队。它也不支持尝试获取锁(

tryLock

),你只能傻傻地等着,直到锁被释放。更关键的是,如果一个线程在等待锁的过程中被中断了,

synchronized

是不会响应的,它会继续等待下去,这在某些需要快速响应和取消操作的场景下就显得有些力不从心了。

这时候,

ReentrantLock

就登场了,它更像是一个可编程的、功能强大的安防系统。它提供了更精细的控制能力,你需要显式地调用

lock()

方法来获取锁,并在

finally

块中调用

unlock()

来释放锁。这种显式控制虽然增加了编码的复杂度,但却带来了巨大的灵活性。

ReentrantLock

最大的特点就是它的“可重入性”,这一点和

synchronized

是相同的,即持有锁的线程可以再次获取该锁而不会死锁。但

ReentrantLock

提供了更多高级特性:

公平性选择(Fairness):你可以选择构造一个公平锁(

new ReentrantLock(true)

),让等待时间最长的线程优先获取锁,这在某些需要严格按序处理的场景下很有用。当然,非公平锁(默认)通常性能会更好一些,因为它减少了线程切换的开销。尝试获取锁(

tryLock()

:这个功能我个人觉得非常实用。你可以尝试获取锁,如果成功了就执行临界区代码;如果失败了,你可以选择做其他事情,而不是无限期地等待。这避免了线程的阻塞,提高了程序的响应性。可中断的锁获取(

lockInterruptibly()

:这是

synchronized

无法比拟的。如果一个线程在等待

ReentrantLock

的过程中收到了中断信号,它可以立即停止等待并处理中断,这对于构建更健壮、响应更快的并发应用至关重要。条件变量(

Condition

ReentrantLock

可以配合

Condition

对象实现更复杂的线程间协作,比如生产者-消费者模型。一个

ReentrantLock

可以创建多个

Condition

对象,每个

Condition

都可以有自己的等待队列,这比

Object

wait()/notify()

机制要灵活得多,因为

Object

只有一个等待队列。

从性能角度看,早期

ReentrantLock

曾因其基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的实现,在某些场景下表现出比

synchronized

更好的性能。但随着 JVM 对

synchronized

进行了大量的优化,比如引入了偏向锁(Biased Locking)、轻量级锁(Lightweight Locking)和自旋锁(Spinning),两者的性能差距在大多数常见场景下已经不那么明显了,甚至在某些情况下

synchronized

的性能会更好,因为它减少了用户态和内核态的切换开销。我个人在做性能优化时,如果不是对

ReentrantLock

的高级特性有硬性需求,通常会先考虑

synchronized

的简洁性。

在什么场景下,我们应该优先选择

synchronized

而不是

ReentrantLock

在我日常的开发中,如果同步需求比较简单,我通常会毫不犹豫地选择

synchronized

。它最大的优势就是简洁性和自动化管理。当你的临界区代码块或方法执行完毕,或者抛出异常时,JVM 会自动帮你释放锁,你完全不用担心忘记

unlock()

导致死锁的问题。这种隐式锁的机制,大大降低了编码的复杂度和出错的概率。

比如,你只是想保护一个计数器,或者一个简单的共享变量的读写操作,用

synchronized

修饰一个方法或者一个代码块,就能非常优雅地解决问题。它的代码可读性也很好,一眼就能看出哪里是受保护的区域。而且,JVM 对

synchronized

做了大量的底层优化,包括偏向锁、轻量级锁等,使得它在竞争不激烈或者单线程重复获取锁的场景下,性能表现非常出色,甚至可能优于

ReentrantLock

。对于那些不需要

ReentrantLock

提供的额外高级特性(如公平锁、条件变量、可中断锁等)的场景,

synchronized

往往是更简单、更可靠、更高效的选择。简单来说,如果你不需要那些“花里胡哨”的功能,只是想安全地访问共享资源,

synchronized

就是你的首选。

什么时候

ReentrantLock

的高级特性变得不可或缺?

在我看来,

ReentrantLock

的高级特性在处理复杂并发场景时,简直是救命稻草。当你发现

synchronized

的局限性让你捉襟见肘时,就是

ReentrantLock

大显身手的时候了。

最典型的例子就是需要非阻塞地尝试获取锁。想象一下,你有一个任务,它需要访问某个资源,但如果这个资源被锁住了,你不想让它一直等下去,而是希望它能立即去做别的事情,或者过一会儿再尝试。这时候

ReentrantLock

tryLock()

方法就派上用场了。你可以这样写:

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// ...if (lock.tryLock()) {    try {        // 访问临界区资源        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 成功获取锁并执行任务。");    } finally {        lock.unlock();    }} else {    // 锁被其他线程持有,执行备用方案或稍后重试    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 未能获取锁,执行其他操作。");}

这比

synchronized

只能傻等要灵活得多。

另一个不可或缺的场景是可中断的锁获取。设想一个长时间运行的任务,它需要获取一个锁。如果用户突然取消了这个任务,你肯定希望它能尽快停止,而不是继续等待一个遥遥无期的锁。

ReentrantLock

lockInterruptibly()

方法就能做到这一点。当等待锁的线程被中断时,它会抛出

InterruptedException

,允许你优雅地处理中断逻辑。

此外,多条件变量的需求也是

ReentrantLock

独有的。在复杂的生产者-消费者模型中,可能存在多种等待条件。例如,一个缓冲区可能既有“满了”的条件(生产者等待),也有“空了”的条件(消费者等待)。

ReentrantLock

可以通过

newCondition()

方法创建多个

Condition

对象,每个

Condition

都可以管理自己独立的等待队列,从而实现更精细的线程间通信和协作,这比

Object

单一的

wait()/notifyAll()

机制要强大得多。

最后,如果你对锁的公平性有严格要求,比如你希望等待时间最长的线程能够优先获取锁,那么

ReentrantLock

的公平锁构造函数 (

new ReentrantLock(true)

) 也是

synchronized

无法提供的。虽然公平锁通常会带来性能上的开销,但在某些业务场景下,公平性是至关重要的。

从性能和JVM优化的角度看,二者有何演变和考量?

在我刚接触 Java 并发编程的那些年,

ReentrantLock

经常被宣传为比

synchronized

性能更好的选择,尤其是在高并发竞争的场景下。这主要是因为

ReentrantLock

是在用户态实现的,基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)框架,它避免了每次锁竞争都陷入操作系统内核态的开销,这在当时确实是一个显著的优势。

然而,随着 Java 虚拟机(JVM)的不断演进,尤其是从 JDK 6 开始,

synchronized

的性能得到了革命性的提升。JVM 引入了多种优化策略,让

synchronized

在很多场景下不再是性能瓶颈:

偏向锁(Biased Locking):当一个线程多次获取同一个锁时,JVM 会“偏向”这个线程,在它再次获取锁时,几乎不需要任何同步开销。这对于大部分锁都是由同一个线程重复获取的场景(比如循环中的方法调用)非常有效。轻量级锁(Lightweight Locking):当多个线程交替获取锁,但没有发生激烈竞争时,JVM 会使用 CAS(Compare-And-Swap)操作在栈帧中尝试获取锁,避免了重量级锁的开销。自旋锁(Spinning):如果一个线程尝试获取锁但失败了,它不会立即阻塞,而是会短暂地“自旋”一段时间(空循环),看看锁是否很快被释放。如果锁很快被释放,那么这个线程就可以避免一次上下文切换的开销。锁消除(Lock Elimination)锁粗化(Lock Coarsening):这是 JIT 编译器在运行时进行的优化。如果编译器分析发现某个锁根本没有跨线程共享,它会直接消除这个锁操作;如果发现连续的多个锁操作是针对同一个对象,它可能会将这些锁操作合并成一个更大的锁区域,减少加锁/解锁的次数。

这些优化使得

synchronized

低竞争和单线程重复获取锁的场景下,性能已经非常接近甚至优于

ReentrantLock

。因为

ReentrantLock

毕竟是一个对象,它的

lock()

unlock()

方法调用本身会带来方法调用的开销,并且在内部也需要进行一些对象操作(如

Condition

对象的创建和管理),这些都是额外的成本。

所以,我现在的看法是,性能不再是选择

synchronized

ReentrantLock

的主要考量因素,除非你已经通过性能测试确定锁的类型是瓶颈。更多时候,我们应该根据功能需求和代码的简洁性来做选择。如果你的需求仅仅是简单的互斥访问,并且不需要

ReentrantLock

提供的那些高级特性,那么

synchronized

的简洁和自动管理机制,通常是更好的选择,它能让你写出更少出错、更容易理解的代码。而当你需要更精细的控制,比如可中断、非阻塞尝试、或者多条件变量时,

ReentrantLock

才是不可替代的。

以上就是synchronized 和 ReentrantLock 的异同点是什么?的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

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