synchronized 与分布式锁

1. synchronized 关键字

• 定义： synchronized 是 Java 提供的一个内置锁机制，用于控制多线程对共享资源的并发访问。 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 synchronized 修饰的代码。
• 作用范围： 只能用于单 JVM 进程内的多线程同步。
• 实现原理：
  • synchronized 依赖于 JVM 实现，基于 Monitor 对象。
  • 每个 Java 对象都有一个 Monitor 对象，当 synchronized 关键字修饰代码块时，JVM 会在进入同步块前后分别插入 monitorenter 和 monitorexit 指令。
  • monitorenter 指令尝试获取 Monitor 的所有权，如果 Monitor 的 entry count 为 0，则线程可以获取 Monitor 的所有权，并将 entry count 加 1。 如果其他线程已经持有 Monitor 的所有权，则当前线程会被阻塞，进入 EntrySet 队列等待。
  • monitorexit 指令释放 Monitor 的所有权，并将 entry count 减 1。 如果 entry count 减为 0，则唤醒 EntrySet 队列中的一个线程，让其尝试获取 Monitor 的所有权。
• 特点：
  • 可重入性： 同一个线程可以多次获取同一个锁，避免死锁。
  • 非公平性： 线程获取锁的顺序是不确定的，可能导致某些线程一直无法获取到锁。
  • 阻塞性： 当线程无法获取锁时，会被阻塞，直到获取到锁为止。
  • 轻量级锁： 在 JDK 1.6 之后，synchronized 进行了优化，引入了偏向锁、轻量级锁等机制，提高了性能。
• 适用场景：
  • 单 JVM 进程内的多线程同步。
  • 对性能要求不高，且竞争不激烈的场景。

2. 分布式锁

• 定义： 分布式锁是一种跨 JVM 进程的锁机制，用于控制多个分布式节点对共享资源的并发访问。
• 作用范围： 适用于分布式系统中的多节点同步。
• 实现原理： 分布式锁通常基于以下几种方式实现：
  • 基于数据库：
    • 利用数据库的唯一索引或悲观锁来实现互斥。
    • 例如，在数据库中创建一个表，包含一个唯一索引的字段，当线程尝试获取锁时，向表中插入一条记录，如果插入成功，则表示获取锁成功，否则表示获取锁失败。
  • 基于 Redis：
    • 利用 Redis 的 SETNX (SET if Not Exists) 命令来实现互斥。
    • 当线程尝试获取锁时，执行 SETNX key value 命令，如果返回 1，则表示获取锁成功，否则表示获取锁失败。
    • 为了防止死锁，需要设置一个过期时间，当锁过期后自动释放。
    • 可以使用 Redlock 算法来提高 Redis 分布式锁的可靠性。
  • 基于 ZooKeeper：
    • 利用 ZooKeeper 的临时顺序节点来实现互斥。
    • 当线程尝试获取锁时，创建一个临时顺序节点，如果该节点是所有子节点中序号最小的节点，则表示获取锁成功，否则表示获取锁失败。
    • 当线程释放锁时，删除该节点。
    • ZooKeeper 的 Watcher 机制可以保证锁的可靠性和公平性。
• 特点：
  • 跨 JVM 进程： 适用于分布式系统中的多节点同步。
  • 高性能： 基于 Redis 或 ZooKeeper 实现的分布式锁通常具有较高的性能。
  • 高可用性： Redis 和 ZooKeeper 都是高可用的分布式系统，可以保证分布式锁的可用性。
  • 可重入性： 可以通过在锁的 value 中存储线程 ID 来实现可重入性。
  • 公平性： 基于 ZooKeeper 实现的分布式锁可以保证公平性。
• 适用场景：
  • 分布式系统中的多节点同步。
  • 需要保证数据一致性的场景。
  • 例如，分布式事务、分布式任务调度等。