synchronized是JVM内置的自动管理锁,简单安全,适用于基本同步场景;ReentrantLock是显式锁,支持可中断、超时、公平性等高级功能,适用于复杂并发控制。

synchronized 和 ReentrantLock 都是 Java 中处理并发同步的工具,它们的核心目的都是为了确保在多线程环境下,共享资源能够被安全地访问。要说区别,最直观的理解是:synchronized 是一个内置的语言关键字,由 JVM 隐式管理锁的获取与释放,它更像是一种“傻瓜式”的、开箱即用的解决方案;而 ReentrantLock 是 java.util.concurrent.locks 包下的一个类,它提供了更细粒度的控制能力,需要我们手动地、显式地去管理锁的生命周期。
解决方案
在我看来,这两种锁机制的设计哲学和适用场景有着本质的不同。
synchronized 关键字是 Java 语言层面的支持,它基于对象的监视器(Monitor)实现。当我们使用 synchronized 修饰方法或代码块时,JVM 会自动为我们处理锁的获取和释放。比如,进入 synchronized 代码块时,线程会尝试获取对象的监视器锁;离开代码块(无论是正常退出还是异常退出),锁都会被自动释放。这种自动管理的好处是简单、不易出错,你几乎不需要关心锁的细节,JVM 都替你搞定了。它的锁是可重入的,也就是说,如果一个线程已经持有了某个对象的锁,那么它可以再次获取该对象的锁而不会被自己阻塞。
ReentrantLock 则是一个实现了 Lock 接口的类,它提供了比 synchronized 更丰富的操作。它的锁管理是显式的,你需要调用 lock() 方法来获取锁,并在 finally 块中调用 unlock() 方法来释放锁,以确保即使发生异常,锁也能被正确释放。这一点非常重要,因为忘记释放锁会导致死锁,这是使用 ReentrantLock 时需要特别注意的地方。
具体来说,ReentrantLock 提供了以下 synchronized 不具备的特性:
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尝试非阻塞获取锁 (
tryLock()):ReentrantLock允许线程尝试获取锁,如果获取不到就立即返回,而不是像synchronized那样一直阻塞。这在某些场景下非常有用,比如你不想让线程无限期地等待锁,而是想在等待一段时间后做其他事情。 -
可中断的锁获取 (
lockInterruptibly()): 线程在等待ReentrantLock时,可以响应中断。这意味着如果一个线程在等待锁时被中断,它可以停止等待并处理中断,而synchronized锁的等待是不可中断的。 -
超时获取锁 (
tryLock(long timeout, TimeUnit unit)): 可以在指定时间内尝试获取锁,超时后如果仍未获取到,则放弃。这为并发控制提供了更大的灵活性。 -
公平性选择:
ReentrantLock可以在构造时选择是公平锁还是非公平锁。公平锁会按照线程请求的顺序来获取锁,保证了线程不会饿死,但通常性能较低;非公平锁则允许“插队”,通常性能更高,但可能导致线程饿死。synchronized默认是非公平的,且无法配置。 -
条件变量 (
Condition):ReentrantLock可以配合Condition接口实现更复杂的线程间通信(await()/signal()/signalAll()),这比synchronized的wait()/notify()/notifyAll()更加灵活,一个ReentrantLock可以关联多个Condition对象,实现不同条件的等待和唤醒。
从性能角度看,早期的 Java 版本中 ReentrantLock 往往比 synchronized 性能更好,尤其是在高并发竞争的场景下。但随着 JVM 对 synchronized 进行了大量的优化(如偏向锁、轻量级锁、自适应自旋等),现在在许多情况下,两者的性能已经非常接近,甚至在一些简单场景下 synchronized 的表现可能更好。因此,单纯基于性能来选择已经不再是绝对的理由了。
为什么Java要提供两种看似功能相似的锁机制?
这其实是 Java 并发编程发展的一个缩影,也体现了设计上的取舍。synchronized 是 Java 语言诞生之初就提供的并发原语,它的设计理念是“简单易用”,让开发者能够快速地实现基本的线程安全。它通过 JVM 内部的监视器机制来工作,对开发者来说是透明的,也最大限度地减少了手动管理锁可能带来的错误(比如忘记释放锁)。对于大多数简单的互斥场景,synchronized 已经足够,而且它的语法简洁,代码可读性好。
然而,随着并发编程的复杂性日益增长,开发者开始遇到一些 synchronized 无法直接解决或解决起来非常繁琐的问题。比如,我可能需要一个线程在尝试获取锁失败后不阻塞,而是去做其他事情;或者我需要一个线程在等待锁时能够响应外部的中断信号;又或者,我需要一个锁能够支持多个等待条件,而不是像 Object.wait()/notify() 那样只能关联一个。在这样的背景下,java.util.concurrent.locks 包应运而生,它提供了一套基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)框架构建的、更高级、更灵活的锁机制,其中 ReentrantLock 就是最核心的实现之一。
所以,提供两种机制并非冗余,而是为了满足不同层次和复杂度的并发需求。synchronized 就像是厨房里最常用的菜刀,简单好用;而 ReentrantLock 则更像一套专业的厨具,功能更全面,能处理更复杂的烹饪任务,但需要更精细的操作。
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在实际开发中,我应该如何选择使用synchronized还是ReentrantLock?
我个人在实际项目中做选择时,通常会遵循一个原则:优先使用 synchronized,除非你明确需要 ReentrantLock 提供的特定高级功能。
理由很简单:
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简洁性与安全性:
synchronized的代码更简洁,因为它由 JVM 自动管理锁的获取和释放,大大降低了因忘记unlock()而导致死锁的风险。这让代码更健壮,也更容易理解和维护。对于大多数简单的互斥访问,它的表现已经足够好。 -
性能考量: 就像前面提到的,现代 JVM 对
synchronized做了大量优化,其性能在很多场景下已经可以与ReentrantLock相媲美,甚至在低竞争或特定模式下可能更优。所以,不要盲目地认为ReentrantLock性能就一定更好。 -
高级功能需求: 如果你的业务逻辑确实需要
ReentrantLock提供的那些高级特性,比如:-
非阻塞地尝试获取锁 (
tryLock()):比如,你有一个任务,如果不能立即获得锁就去处理其他事情,而不是傻等。 -
可中断的锁等待 (
lockInterruptibly()):当你希望线程在等待锁时能够响应中断,及时退出。 -
带超时的锁等待 (
tryLock(timeout, unit)):避免线程无限期地等待锁,设置一个等待上限。 - 需要实现公平锁:尽管公平锁会牺牲一部分性能,但在某些需要严格保证线程执行顺序的场景下是必要的。
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需要多个条件变量 (
Condition):当一个锁需要管理多个不同的等待/通知条件时,ReentrantLock配合Condition提供了强大的支持。
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非阻塞地尝试获取锁 (
只有当你明确发现 synchronized 无法满足你的需求,或者使用 synchronized 会导致代码变得非常复杂和笨拙时,才考虑切换到 ReentrantLock。过度使用 ReentrantLock 会增加代码的复杂度和出错的可能性,因为你需要手动处理 lock() 和 unlock() 的配对,以及确保 unlock() 在 finally 块中执行。
ReentrantLock的公平锁与非公平锁有什么区别?对性能有何影响?
ReentrantLock 在构造时可以通过传入一个布尔值来指定其是公平锁还是非公平锁,默认是非公平锁。
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非公平锁 (Non-fair Lock):
- 行为: 当锁被释放时,任何一个等待的线程(包括当前正在运行的线程试图再次获取锁)都有机会竞争到锁。这意味着,如果一个线程刚刚释放了锁,它很可能立即再次获取到锁,而其他已经等待了很久的线程可能还需要继续等待。它不保证线程获取锁的顺序。
- 对性能的影响: 非公平锁通常具有更高的吞吐量。这是因为它们减少了线程上下文切换的开销。当锁可用时,它不会强制等待队列中的线程按顺序获取,而是允许“插队”。这种“抢占式”的获取方式,在很多情况下能更高效地利用 CPU 资源,减少了线程从用户态到内核态的切换次数。然而,非公平锁的一个潜在问题是可能导致“线程饥饿”,即某个线程可能长时间无法获取到锁。
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公平锁 (Fair Lock):
- 行为: 公平锁会严格按照线程请求锁的顺序来分配锁。当锁被释放时,等待时间最长的那个线程(即在等待队列中排在最前面的线程)会优先获取到锁。它确保了线程获取锁的公平性,不会出现饥饿现象。
- 对性能的影响: 公平锁通常会带来更低的吞吐量。为了实现公平性,锁的内部机制需要维护一个等待队列,并确保线程按照入队顺序获取锁。这涉及到更多的上下文切换和同步开销,因为即使锁是空闲的,如果队列中有等待的线程,当前线程也可能需要等待,直到轮到队列中的线程。因此,公平锁的性能开销通常比非公平锁大。
总结来说:
在绝大多数生产环境中,如果对线程获取锁的顺序没有严格要求,通常会选择使用非公平锁,因为它能提供更好的性能。公平锁虽然保证了线程的公平性,防止了饥饿,但其性能损耗往往是不可忽视的。只有在业务场景中,严格的公平性是不可妥协的需求时(例如,某些需要严格按顺序处理请求的队列),才会考虑使用公平锁。









