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💡 前言

在多线程并发编程中,线程安全问题始终是开发者需要重点关注的核心内容之一。Java 提供了多种机制来实现同步控制,其中最常用的两种方式是:

  • 使用 synchronized 关键字
  • 使用 java.util.concurrent.locks.Lock 接口(如 ReentrantLock

虽然两者都能实现线程同步功能,但它们在使用方式、灵活性、可扩展性以及性能优化方面存在显著差异。

本文将从底层原理、语法结构、使用场景、优缺点、最佳实践等多个维度对 synchronizedLock 进行全面深入的解析,并通过大量代码示例帮助你更好地理解它们之间的区别与联系。


📌 一、synchronized 关键字详解

1. 基本概念

synchronized 是 Java 内置的关键字,用于保证多个线程对共享资源访问时的互斥性和可见性。它可以修饰方法或代码块,确保同一时刻只有一个线程可以执行被同步的代码。

2. 使用方式

(1)修饰实例方法
public synchronized void method() {// 同步整个方法体
}

此时锁对象是当前类的实例(即 this)。

(2)修饰静态方法
public static synchronized void staticMethod() {// 同步静态方法
}

此时锁对象是当前类的 Class 对象(即 ClassName.class)。

(3)修饰代码块(推荐)
public void method() {synchronized (this) {// 同步代码块}
}

更灵活,可以指定任意对象作为锁,推荐使用这种方式以减少锁定范围。

3. 特性总结

特性描述
自动释放锁JVM 在同步块执行结束后自动释放锁
不可中断等待获取锁的线程无法被中断
非公平锁多个线程竞争时,不保证先等待的线程优先获得锁
可重入性支持同一个线程多次获取同一把锁

🔑 二、Lock 接口详解(以 ReentrantLock 为例)

1. 基本概念

Lock 是 Java 5 引入的一个接口,位于 java.util.concurrent.locks 包下。常见的实现类有:

  • ReentrantLock:可重入锁
  • ReadWriteLock:读写分离锁(实现类为 ReentrantReadWriteLock

相比 synchronizedLock 更加灵活和强大,提供了更多高级功能。

2. 使用方式

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // 手动加锁
try {// 临界区逻辑
} finally {lock.unlock(); // 必须放在 finally 块中释放锁
}

⚠️ 注意:必须手动调用 unlock(),否则可能导致死锁!

3. 核心特性

特性描述
手动管理锁需要显式调用 lock()unlock()
可中断等待支持线程在等待锁的过程中响应中断(lockInterruptibly()
超时获取锁支持尝试获取锁并设置超时时间(tryLock(long time, TimeUnit unit)
公平锁/非公平锁构造函数可选择是否启用公平锁
条件变量支持提供 Condition 接口,实现更细粒度的线程通信

🤔 三、synchronizedLock 的核心区别对比表

功能synchronizedLock
加锁方式自动加锁、解锁手动加锁、解锁
锁类型非公平锁可选公平/非公平
可中断❌ 不支持✅ 支持
超时机制❌ 不支持✅ 支持
尝试获取锁❌ 不支持✅ 支持
条件变量❌ 不支持✅ 支持
性能优化JDK 1.6+ 已优化更适合高并发场景
适用场景简单同步需求复杂并发控制场景

🎯 四、使用场景对比与建议

场景推荐使用说明
简单方法或代码块同步synchronized实现简单,无需手动释放锁
高并发、复杂同步控制Lock提供更多控制选项,如公平锁、尝试锁等
需要线程中断响应Locksynchronized 不支持中断等待
需要条件变量配合LockCondition 可替代传统的 wait/notify
需要超时获取锁LocktryLock() 方法非常实用

🧪 五、实战案例分析

案例 1:带超时的锁获取(适用于防止死锁)

Lock lock = new ReentrantLock();boolean isLocked = false;
try {isLocked = lock.tryLock(3, TimeUnit.SECONDS);if (isLocked) {try {// 执行业务逻辑} finally {lock.unlock();}} else {System.out.println("未能在3秒内获取到锁");}
} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();System.out.println("线程被中断");
}

案例 2:使用 Condition 实现生产者-消费者模型

class BoundedQueue {private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition notFull = lock.newCondition();private final Condition notEmpty = lock.newCondition();private final Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();private final int capacity;public BoundedQueue(int capacity) {this.capacity = capacity;}public void put(int value) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {notFull.await(); // 等待队列不满}queue.add(value);notEmpty.signal(); // 唤醒消费者} finally {lock.unlock();}}public int take() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (queue.isEmpty()) {notEmpty.await(); // 等待队列不空}return queue.poll();} finally {lock.unlock();}}
}

🧠 六、底层原理简析(进阶)

1. synchronized 的底层实现

在 JVM 层面,synchronized 是基于 Monitor(监视器)机制实现的。每个 Java 对象都关联一个 Monitor,当线程进入同步块时,会尝试获取该对象的 Monitor,成功则进入,失败则阻塞。

JVM 对其进行了多项优化,包括:

  • 偏向锁(Biased Locking)
  • 轻量级锁(Lightweight Locking)
  • 自旋锁(Spin Lock)
  • 锁粗化(Lock Coarsening)
  • 锁消除(Lock Elimination)

这些优化使得 synchronized 在现代 JVM 上表现优异。

2. ReentrantLock 的底层实现

ReentrantLock 底层依赖于 AbstractQueuedSynchronizer(AQS)框架,是一个基于 CLH(Craig, Landin, and Hagersten)队列的同步工具。

它通过 CAS(Compare and Swap)操作和 volatile 变量实现线程安全,具有更高的可控性和灵活性。


🛠️ 七、最佳实践与注意事项

建议说明
优先考虑 synchronized如果只是简单的同步,优先使用 synchronized,避免复杂代码
Lock 放在 finally 中释放防止因异常导致死锁
使用 tryLock() 防止死锁在某些情况下,尝试获取锁比无限等待更合理
避免嵌套锁容易引发死锁,应尽量避免或使用工具检测
选择公平锁需谨慎公平锁虽然保证顺序,但可能带来性能损耗
使用 Condition 替代 wait/notify更清晰、线程安全

📘 八、总结

项目synchronizedLock
是否内置✅ 是❌ 否
使用难度简单复杂
控制粒度
功能丰富度一般强大
性能表现更好(高并发)
推荐用途初学者、简单同步高级用户、复杂并发控制

在实际开发中,两者各有优势,选择哪一个取决于具体的应用场景和团队技术栈。对于大多数中小型项目,synchronized 已经足够;而在需要更高并发控制能力的场景下,Lock 更具优势。


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