Java中的锁机制：ReentrantLock与synchronized对比

字数 1866 2025-11-03 08:33:37

Java中的锁机制：ReentrantLock与synchronized对比

描述
在多线程编程中，锁是保证线程安全的核心工具。Java提供了两种主要的锁机制：synchronized关键字（内置锁）和ReentrantLock（显式锁）。虽然二者都能实现同步，但在设计理念、功能灵活性和底层实现上存在显著差异。理解它们的区别有助于在实际场景中做出合理选择。

知识要点分步讲解

1. 基础概念：锁的作用与可重入性

锁的核心作用：确保同一时间只有一个线程能访问共享资源，避免数据竞争。
可重入性：指线程可以重复获取自己已经持有的锁。例如，在递归方法或同步方法调用另一个同步方法时，若锁不可重入，会导致线程自我阻塞。synchronized和ReentrantLock都是可重入锁。
```
// synchronized的可重入示例
public synchronized void methodA() {
    methodB(); // 线程可直接进入methodB的同步块，不会阻塞
}
public synchronized void methodB() { }
```

2. synchronized关键字详解

用法：
- 修饰实例方法：锁对象是当前实例（this）。
- 修饰静态方法：锁对象是当前类的Class对象（如MyClass.class）。
- 同步代码块：需显式指定锁对象（如synchronized(obj)）。
特点：
- JVM内置实现：无需手动加锁/解锁，由JVM通过监视器（Monitor）管理。
- 自动释放锁：线程执行完同步代码或发生异常时，JVM自动释放锁。
- 非中断等待：线程在等待锁时无法被中断，可能造成死锁难以解除。

3. ReentrantLock显式锁详解

用法：需显式创建锁对象，手动调用lock()和unlock()。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 临界区代码
} finally {
    lock.unlock(); // 必须放在finally中确保锁释放
}

核心优势：
- 可中断等待：通过lockInterruptibly()方法，等待锁的线程可响应中断。
- 公平锁选项：构造函数传入true可创建公平锁（按等待时间分配锁），默认非公平锁（吞吐量更高）。
- 条件变量（Condition）：支持多个等待队列，例如在生产者-消费者模型中，可分别管理“队列满”和“队列空”的等待线程。
```
Condition notEmpty = lock.newCondition();
Condition notFull = lock.newCondition();
```

4. 功能对比与选择策略

特性	synchronized	ReentrantLock
锁获取方式	隐式，JVM管理	显式，代码控制
中断响应	不支持	支持`lockInterruptibly()`
公平锁	非公平（JVM优化）	可配置公平性
条件变量	仅通过`wait()/notify()`	支持多个Condition
锁释放	自动释放	必须手动解锁，否则可能死锁

选择建议：

优先使用synchronized：代码简洁，JVM持续优化其性能（如锁升级机制）。
需高级功能时选ReentrantLock：如公平锁、可中断、精确的条件控制。

5. 底层实现原理简析

synchronized：
- 通过对象头的Mark Word记录锁状态（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）。
- 锁升级过程：偏向锁（单线程）→ 轻量级锁（少量竞争）→ 重量级锁（激烈竞争）。
ReentrantLock：
- 基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）队列同步器，通过CAS操作维护线程排队。
- 非公平锁直接尝试抢占，公平锁先检查队列是否有等待线程。

总结
synchronized是Java原生的轻量级同步工具，适用于大多数简单场景；ReentrantLock提供了更灵活的API，适合复杂的并发控制。理解二者的底层机制和适用场景，是编写高效、健壮多线程代码的基础。

Java中的锁机制：ReentrantLock与synchronized对比描述在多线程编程中，锁是保证线程安全的核心工具。Java提供了两种主要的锁机制： synchronized 关键字（内置锁）和 ReentrantLock （显式锁）。虽然二者都能实现同步，但在设计理念、功能灵活性和底层实现上存在显著差异。理解它们的区别有助于在实际场景中做出合理选择。知识要点分步讲解 1. 基础概念：锁的作用与可重入性锁的核心作用：确保同一时间只有一个线程能访问共享资源，避免数据竞争。可重入性：指线程可以重复获取自己已经持有的锁。例如，在递归方法或同步方法调用另一个同步方法时，若锁不可重入，会导致线程自我阻塞。 synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁。 2. synchronized关键字详解用法：修饰实例方法：锁对象是当前实例（ this ）。修饰静态方法：锁对象是当前类的Class对象（如 MyClass.class ）。同步代码块：需显式指定锁对象（如 synchronized(obj) ）。特点： JVM内置实现：无需手动加锁/解锁，由JVM通过监视器（Monitor）管理。自动释放锁：线程执行完同步代码或发生异常时，JVM自动释放锁。非中断等待：线程在等待锁时无法被中断，可能造成死锁难以解除。 3. ReentrantLock显式锁详解用法：需显式创建锁对象，手动调用 lock() 和 unlock() 。核心优势：可中断等待：通过 lockInterruptibly() 方法，等待锁的线程可响应中断。公平锁选项：构造函数传入 true 可创建公平锁（按等待时间分配锁），默认非公平锁（吞吐量更高）。条件变量（Condition）：支持多个等待队列，例如在生产者-消费者模型中，可分别管理“队列满”和“队列空”的等待线程。 4. 功能对比与选择策略 | 特性 | synchronized | ReentrantLock | |---------------------|----------------------------------|----------------------------------------| | 锁获取方式 | 隐式，JVM管理 | 显式，代码控制 | | 中断响应 | 不支持 | 支持 lockInterruptibly() | | 公平锁 | 非公平（JVM优化） | 可配置公平性 | | 条件变量 | 仅通过 wait()/notify() | 支持多个Condition | | 锁释放 | 自动释放 | 必须手动解锁，否则可能死锁 | 选择建议：优先使用 synchronized ：代码简洁，JVM持续优化其性能（如锁升级机制）。需高级功能时选 ReentrantLock ：如公平锁、可中断、精确的条件控制。 5. 底层实现原理简析 synchronized ：通过对象头的Mark Word记录锁状态（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）。锁升级过程：偏向锁（单线程）→ 轻量级锁（少量竞争）→ 重量级锁（激烈竞争）。 ReentrantLock ：基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）队列同步器，通过CAS操作维护线程排队。非公平锁直接尝试抢占，公平锁先检查队列是否有等待线程。总结 synchronized 是Java原生的轻量级同步工具，适用于大多数简单场景； ReentrantLock 提供了更灵活的API，适合复杂的并发控制。理解二者的底层机制和适用场景，是编写高效、健壮多线程代码的基础。