Synchronized、Lock、ReentantLock的区别，以及用法

川长思鸟来 2021-09-15 05:06 450阅读 0赞

最近在看《Java并发编程的艺术》，书中不少知识是更深入的去讲解我们平时经常使用的并发实现机制，介绍了它们的实现原理和区别，读完之后真的有种醍醐灌顶的感觉，突然就好像明白了这些实现到底是干什么用、什么时候去用，今天我就来总结一下其中的一个知识点——Synchronized、Lock、ReentrantLock的区别。

### 1. Synchronized ###

当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候，能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码，它是在 软件层面依赖JVM实现同步。synchronized方法或语句的使用提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问，但却强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中：

> 当获取了多个锁时，它们必须以相反的顺序释放，且必须在与所有锁被获取时相同的词法范围内释放所有锁。

#### synchronized 方法的缺陷： ####

若将一个大的方法声明为synchronized将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法run()声明为synchronized，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何synchronized方法的调用都永远不会成功。

#### 解决synchronized 方法的缺陷： ####

通过 synchronized关键字来声明synchronized 块

synchronized(syncObject) { 
        // 访问或修改被锁保护的共享状态 
    }

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其中的代码必须获得对象 syncObject（类实例或类）的锁方能执行。由于可以针对任意代码块，且可任意指定上锁的对象，故灵活性较高。   
当两个并发线程访问同一个对象中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。   
当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。其他线程对对象中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞。   
如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块，就允许线程继续进行，当线程退出第二个（或者后续）synchronized块的时候，不释放锁，只有线程退出它进入的监控器保护的第一个synchronized块时，才释放锁。

> 在修饰代码块的时候需要一个reference对象作为锁的对象.   
> 在修饰方法的时候默认是当前对象作为锁的对象.   
> 在修饰类时候默认是当前类的Class对象作为锁的对象.

### 2. Lock ###

Lock接口实现提供了比使用synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的Condition对象。在硬件层面依赖特殊的CPU指令实现同步更加灵活。

#### 什么是Condition ####

Condition接口将Object监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock实现组合使用，为每个对象提供多个等待set（wait-set）。其中，Lock替代了synchronized方法和语句的使用，Condition替代了 Object监视器方法的使用。   
虽然synchronized方法和语句的范围机制使得使用监视器锁编程方便了很多，而且还帮助避免了很多涉及到锁的常见编程错误，但有时也需要以更为灵活的方式使用锁。例如，某些遍历并发访问的数据结果的算法要求使用”hand-over-hand”或”chain locking”：获取节点 A的锁，然后再获取节点B的锁，然后释放A并获取C，然后释放B并获取D，依此类推。Lock接口的实现允许锁在不同的作用范围内获取和释放，并允许以任何顺序获取和释放多个锁，从而支持使用这种技术。   
随着灵活性的增加，也带来了更多的责任。不使用块结构锁就失去了使用synchronized方法和语句时会出现的锁自动释放功能。在大多数情况下，应该使用以下语句：

Lock l = ...; //lock接口的实现类对象 
    l.lock(); 
    try { 
        // access the resource protected by this lock 
    } finally { 
        l.unlock(); 
    }

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在java.util.concurrent.locks包中有很多Lock的实现类，常用的有ReentrantLock、ReadWriteLock（实现类ReentrantReadWriteLock）.它们是具体实现类，不是Java语言关键字。

### 3. ReentrantLock ###

一个可重入的互斥锁Lock，它具有与使用synchronized方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。   
最典型的代码如下：

class X { 
       private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 
       // ... 
    
       public void m() {  
         lock.lock();  // block until condition holds 
         try { 
           // ... method body 
         } finally { 
           lock.unlock() 
         } 
       } 
     }

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ReentrantLock的lock机制有2种，忽略中断锁和响应中断锁，这给我们带来了很大的灵活性。比如：如果A、B 2个线程去竞争锁，A线程得到了锁，B线程等待，但是A线程这个时候实在有太多事情要处理，就是一直不返回，B线程可能就会等不及了，想中断自己，不再等待这个锁了，转而处理其他事情。这个时候ReentrantLock就提供了2种机制，第一，B线程中断自己（或者别的线程中断它），但是ReentrantLock不去响应，继续让B线程等待，你再怎么中断，我全当耳边风（synchronized原语就是如此）；第二，B线程中断自己（或者别的线程中断它），ReentrantLock 处理了这个中断，并且不再等待这个锁的到来，完全放弃。   
ReentrantLock相对于synchronized多了三个高级功能：

##### 1.等待可中断 #####

在持有锁的线程长时间不释放锁的时候,等待的线程可以选择放弃等待.

tryLock(long timeout, TimeUnit unit)

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##### 2.公平锁 #####

按照申请锁的顺序来一次获得锁称为公平锁.synchronized的是非公平锁,ReentrantLock可以通过构造函数实现公平锁.

new RenentrantLock(boolean fair)

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公平锁和非公平锁。这2种机制的意思从字面上也能了解个大概：即对于多线程来说，公平锁会依赖线程进来的顺序，后进来的线程后获得锁。而非公平锁的意思就是后进来的锁也可以和前边等待锁的线程同时竞争锁资源。对于效率来讲，当然是非公平锁效率更高，因为公平锁还要判断是不是线程队列的第一个才会让线程获得锁。

##### 3.绑定多个Condition #####

通过多次newCondition可以获得多个Condition对象,可以简单的实现比较复杂的线程同步的功能.

### synchronized和lock的用法与区别 ###

> 1.synchronized是托管给JVM执行的，而Lock是Java写的控制锁的代码。   
> 2.synchronized原始采用的是CPU悲观锁机制，即线程获得的是独占锁。独占锁意味着其他线程只能依靠阻塞来等待线程释放锁。而在CPU转换线程阻塞时会引起线程上下文切换，当有很多线程竞争锁的时候，会引起CPU频繁的上下文切换导致效率很低。　   
> 3.Lock用的是乐观锁方式。每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。   
> 4.ReentrantLock必须在finally中释放锁，否则后果很严重，编码角度来说使用synchronized更加简单，不容易遗漏或者出错。   
> 5.ReentrantLock提供了可轮询的锁请求，他可以尝试的去取得锁，如果取得成功则继续处理，取得不成功，可以等下次运行的时候处理，所以不容易产生死锁，而synchronized则一旦进入锁请求要么成功，要么一直阻塞，所以更容易产生死锁。   
> 6.synchronized的话，锁的范围是整个方法或synchronized块部分；而Lock因为是方法调用，可以跨方法，灵活性更大

一般情况下都是用synchronized原语实现同步，除非下列情况使用ReentrantLock:

> 1.某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断   
> 2.需要分开处理一些wait-notify，ReentrantLock里面的Condition应用，能够控制notify哪个线程   
> 3.具有公平锁功能，每个到来的线程都将排队等候