Synchronized和 ReentrantLock有什么区别?

目录

一、java中的线程同步

二、Synchronized

使用方式

底层原理

synchronized 同步代码块的情况

synchronized 修饰方法的情况

总结

synchronized 和 volatile 有什么区别？

三、ReentrantLock

底层原理 

使用方式

四、Synchronized和 ReentrantLock有什么区别?

两者都是可重入锁

1）synchronized依赖于JVM而ReentrantLock依赖于API

2）ReentrantLock比synchronized增加了一些高级功能

3）获取锁和释放锁方式不同

4）锁类型不同

5）响应中断不同

6）底层实现不同

小结

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一、java中的线程同步

线程同步是指在多线程环境下，为了避免多个线程对共享资源进行同时访问，从而引发数据不一致或其他问题的一种机制。它通过对关键代码段加锁，使得同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。

当多个线程共享同一资源（如变量、对象或文件）时，若没有同步机制，可能会导致竞态条件，即线程对共享资源的操作是非原子性的，多个线程之间可能会同时修改数据，导致结果不符合预期。

二、Synchronized

使用方式

synchronized 关键字的使用方式主要有下面 3 种：

• 修饰实例方法
• 修饰静态方法
• 修饰代码块

1）修饰实例方法 （锁当前对象实例）

给当前对象实例加锁，进入同步代码前要获得 当前对象实例的锁 。

synchronized void method() {//业务代码
}

2）修饰静态方法 （锁当前类）

给当前类加锁，会作用于类的所有对象实例 ，进入同步代码前要获得 当前 class 的锁。

这是因为静态成员不属于任何一个实例对象，归整个类所有，不依赖于类的特定实例，被类的所有实例共享。

synchronized static void method() {//业务代码
}

静态 synchronized 方法和非静态 synchronized 方法之间的调用互斥么？不互斥！如果一个线程 A 调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法，而线程 B 需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。

3）修饰代码块 （锁指定对象/类）

对括号里指定的对象/类加锁：

• synchronized(object) 表示进入同步代码库前要获得 给定对象的锁。
• synchronized(类.class) 表示进入同步代码前要获得 给定 Class 的锁

synchronized(this) {//业务代码
}

总结：

• synchronized 关键字加到 static 静态方法和 synchronized(class) 代码块上都是是给 Class 类上锁；
• synchronized 关键字加到实例方法上是给对象实例上锁；
• 尽量不要使用 synchronized(String a) 因为 JVM 中，字符串常量池具有缓存功能。
• 构造方法不能使用 synchronized 关键字修饰。不过，可以在构造方法内部使用 synchronized 代码块。另外，构造方法本身是线程安全的，但如果在构造方法中涉及到共享资源的操作，就需要采取适当的同步措施来保证整个构造过程的线程安全。

底层原理

synchronized 关键字底层原理属于 JVM 层面的东西。

synchronized 同步代码块的情况

public class SynchronizedDemo {public void method() {synchronized (this) {System.out.println("synchronized 代码块");}}
}

通过 JDK 自带的 javap 命令查看 SynchronizedDemo 类的相关字节码信息：首先切换到类的对应目录执行 javac SynchronizedDemo.java 命令生成编译后的 .class 文件，然后执行javap -c -s -v -l SynchronizedDemo.class。

从上面我们可以看出：synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。

上面的字节码中包含一个 monitorenter 指令以及两个 monitorexit 指令，这是为了保证锁在同步代码块代码正常执行以及出现异常的这两种情况下都能被正确释放。

当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 对象监视器 monitor 的持有权。

在 Java 虚拟机(HotSpot)中，Monitor 是基于 C++实现的，由ObjectMonitor实现的。每个对象中都内置了一个 ObjectMonitor对象。

另外，wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

在执行monitorenter时，会尝试获取对象的锁，如果锁的计数器为 0 则表示锁可以被获取，获取后将锁计数器设为 1 也就是加 1。

对象锁的的拥有者线程才可以执行 monitorexit 指令来释放锁。在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为 0，表明锁被释放，其他线程可以尝试获取锁。

如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。

synchronized 修饰方法的情况

public class SynchronizedDemo2 {public synchronized void method() {System.out.println("synchronized 方法");}
}

synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取而代之的是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。

如果是实例方法，JVM 会尝试获取实例对象的锁。如果是静态方法，JVM 会尝试获取当前 class 的锁。

总结

synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。

synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取而代之的是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。

不过两者的本质都是对对象监视器 monitor 的获取。

synchronized 和 volatile 有什么区别？

synchronized 关键字和 volatile 关键字是两个互补的存在，而不是对立的存在！

• volatile 关键字是线程同步的轻量级实现，所以 volatile性能肯定比synchronized关键字要好 。但是 volatile 关键字只能用于变量而 synchronized 关键字可以修饰方法以及代码块 。
• volatile 关键字能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性。synchronized 关键字两者都能保证。
• volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而 synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。

 

三、ReentrantLock

ReentrantLock 实现了 Lock 接口，是一个可重入且独占式的锁，和 synchronized 关键字类似。不过，ReentrantLock 更灵活、更强大，增加了轮询、超时、中断、公平锁和非公平锁等高级功能。

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {}

ReentrantLock 里面有一个内部类 Sync，Sync 继承 AQS（AbstractQueuedSynchronizer），添加锁和释放锁的大部分操作实际上都是在 Sync 中实现的。Sync 有公平锁 FairSync 和非公平锁 NonfairSync 两个子类。

ReentrantLock 默认使用非公平锁，也可以通过构造器来显式的指定使用公平锁。

// 传入一个 boolean 值，true 时为公平锁，false 时为非公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

底层原理 

从上面的内容可以看出， ReentrantLock 的底层就是由 AQS 来实现的。

使用方式

1）ReentrantLock 在使用之前需要先创建 ReentrantLock 对象，然后使用 lock 方法进行加锁，使用完之后再调用 unlock 方法释放锁，具体使用如下：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class LockExample {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void lockedMethod() {lock.lock(); // 获取锁try {// 线程安全的代码System.out.println("Inside locked method");} finally {lock.unlock(); // 确保释放锁}}
}

2）ReentrantLock 支持公平锁和非公平锁，可以通过构造函数指定锁的获取策略。此外，它还提供了尝试锁定、可中断锁定等高级功能。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class FairLockExample {private final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁public void fairLockedMethod() {fairLock.lock();try {// 线程安全的代码System.out.println("Inside fair locked method");} finally {fairLock.unlock();}}
}

3）ReentrantLock 提供了 Condition 类，可以创建多个条件变量，提供了更灵活的线程通信机制。如下代码，

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class ConditionExample {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();private final Condition condition = lock.newCondition();public void waitMethod() {lock.lock();try {// 等待条件condition.await();System.out.println("Condition met, resuming...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void signalMethod() {lock.lock();try {// 触发条件condition.signal();System.out.println("Condition signaled");} finally {lock.unlock();}}
}

四、Synchronized和 ReentrantLock有什么区别?

在 Java 中，常用的锁有两种：synchronized和 ReentrantLock，二者的功效相同，但又有很多不同点。

两者都是可重入锁

可重入锁 也叫递归锁，指的是线程可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果是不可重入锁的话，就会造成死锁。

JDK 提供的所有现成的 Lock 实现类，包括 synchronized 关键字锁都是可重入的。

public class SynchronizedDemo {public synchronized void method1() {System.out.println("方法1");method2();}public synchronized void method2() {System.out.println("方法2");}
}'''
代码中，method1() 和 method2()都被 synchronized 关键字修饰，method1()调用了method2()。
由于 synchronized锁是可重入的，同一个线程在调用method1() 时可以直接获得当前对象的锁，执行 method2() 的时候可以再次获取这个对象的锁，不会产生死锁问题。
'''

1）synchronized依赖于JVM而ReentrantLock依赖于API

synchronized是依赖于 JVM实现的，前面我们也讲到了虚拟机团队在 JDK1.6为synchronized 关键字进行了很多优化，但是这些优化都是在虚拟机层面实现的，并没有直接暴露给我们。

ReentrantLock是JDK层面实现的（也就是API层面，需要lockO和unlockO方法配合try/finally语句块来完成），所以我们可以通过查看它的源代码，来看它是如何实现的。

2）ReentrantLock比synchronized增加了一些高级功能

相比synchronized，ReentrantLock 增加了一些高级功能。主要来说主要有三点:

• 等待可中断：ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。
• 可实现公平锁：ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而 synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。ReentrantLock默认情况是非公平的，可以通过ReentrantLock类的ReentrantLock(booleanfair）构造方法来指定是否是公平的。
• 可实现选择性通知（锁可以绑定多个条件）：synchronized关键字与wait()和notify()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知机制。ReentrantLock类当然也可以实现，但是需要借助于Condition 接口与 newCondition（）方法。

Condition是 JDK1.5 之后才有的，它具有很好的灵活性，比如可以实现多路通知功能也就是在一个Lock对象中可以创建多个Condition实例（即对象监视器），线程对象可以注册在指定的Condition中，从而可以有选择性的进行线程通知，在调度线程上更加灵活。 在使用notify()/notifyAll()方法进行通知时，被通知的线程是由 JVM 选择的，用ReentrantLock类结合Condition实例可以实现“选择性通知” ，这个功能非常重要，而且是 Condition 接口默认提供的。

而synchronized关键字就相当于整个 Lock 对象中只有一个Condition实例，所有的线程都注册在它一个身上。如果执行notifyAll()方法的话就会通知所有处于等待状态的线程，这样会造成很大的效率问题。而Condition实例的signalAll()方法，只会唤醒注册在该Condition实例中的所有等待线程。

3）获取锁和释放锁方式不同

synchronized 会自动加锁和释放锁，当进入 synchronized 修饰的代码块之后会自动加锁，当离开 synchronized 的代码段之后会自动释放锁，如下图所示：

而 ReentrantLock 需要手动加锁和释放锁，如下图所示：

4）锁类型不同

synchronized 属于非公平锁，而 ReentrantLock 既可以是公平锁也可以是非公平锁。

默认情况下 ReentrantLock 为非公平锁，这点查看源码可知：

使用 new ReentrantLock(true) 可以创建公平锁，查看源码可知：

5）响应中断不同

ReentrantLock 可以使用 lockInterruptibly 获取锁并响应中断指令，而 synchronized 不能响应中断，也就是如果发生了死锁，使用 synchronized 会一直等待下去，而使用 ReentrantLock 可以响应中断并释放锁，从而解决死锁的问题。

PS：在使用 ReentrantLock 时要特别小心，unlock 释放锁的操作一定要放在 finally 中，否者有可能会出现锁一直被占用，从而导致其他线程一直阻塞的问题。

6）底层实现不同

synchronized 是 JVM 层面通过监视器（Monitor）实现的，而 ReentrantLock 是通过 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）程序级别的 API 实现。

synchronized 通过监视器实现。其中 monitorenter 表示进入监视器，相当于加锁操作，而 monitorexit 表示退出监视器，相当于释放锁的操作。

而ReentrantLock 是通过 AQS 实现。

小结

synchronized 和 ReentrantLock 都是 Java 中提供的可重入锁，二者的主要区别有以下 5 个：

1. 用法不同：synchronized 可以用来修饰普通方法、静态方法和代码块，而 ReentrantLock 只能用于代码块。
2. 获取锁和释放锁的机制不同：synchronized 是自动加锁和释放锁的，而 ReentrantLock 需要手动加锁和释放锁。
3. 锁类型不同：synchronized 是非公平锁，而 ReentrantLock 默认为非公平锁，也可以手动指定为公平锁。
4. 响应中断不同：ReentrantLock 可以响应中断，解决死锁的问题，而 synchronized 不能响应中断。
5. 底层实现不同：synchronized 是 JVM 层面通过监视器实现的，而 ReentrantLock 是基于 AQS 实现的。