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  • Java 提供了两种锁机制来控制多个线程对共享资源的互斥访问,第一个是 JVM 实现的 synchronized,而另一个是 JDK 实现的 ReentrantLock。

    synchronized

    1. 同步一个代码块

    public void func () {
        synchronized (this) {
            // ...
        }
    }
    

    它只作用于同一个对象,如果调用两个对象上的同步代码块,就不会进行同步。

    对于以下代码,使用 ExecutorService 执行了两个线程(这两个线程使用 Lambda 创建),由于调用的是同一个对象的同步语句块,因此这两个线程就需要进行同步,当一个线程进入同步语句块时,另一个线程就必须等待。

    public class SynchronizedExample {
    
        public void func1() {
            synchronized (this) {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.print(i + " ");
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            SynchronizedExample e1 = new SynchronizedExample();
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
            executorService.execute(() -> e1.func1());
            executorService.execute(() -> e1.func1());
        }
    }
    
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    

    对于以下代码,两个线程调用了不同对象的同步代码块,因此这两个线程就不需要同步。从输出结果可以看出,两个线程交叉执行。

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedExample e1 = new SynchronizedExample();
        SynchronizedExample e2 = new SynchronizedExample();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(() -> e1.func1());
        executorService.execute(() -> e2.func1());
    }
    
    0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9
    

    2. 同步一个方法

    public synchronized void func () {
        // ...
    }
    

    它和同步代码块一样,只作用于同一个对象。

    3. 同步一个类

    public void func() {
        synchronized (SynchronizedExample.class) {
            // ...
        }
    }
    

    作用于整个类,也就是说两个线程调用同一个类的不同对象上的这种同步语句,也需要进行同步。

    public class SynchronizedExample {
    
        public void func2() {
            synchronized (SynchronizedExample.class) {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.print(i + " ");
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            SynchronizedExample e1 = new SynchronizedExample();
            SynchronizedExample e2 = new SynchronizedExample();
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
            executorService.execute(() -> e1.func2());
            executorService.execute(() -> e2.func2());
        }
    }
    
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    

    4. 同步一个静态方法

    public synchronized static void fun() {
        // ...
    }
    

    作用于整个类。

    ReentrantLock

    public class LockExample {
    
        private Lock lock = new ReentrantLock();
    
        public void func() {
            lock.lock();
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.print(i + " ");
                }
            } finally {
                lock.unlock(); // 确保释放锁,从而避免发生死锁。
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        LockExample lockExample = new LockExample();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(() -> lockExample.func());
        executorService.execute(() -> lockExample.func());
    }
    
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    

    ReentrantLock 是 java.util.concurrent(J.U.C)包中的锁,相比于 synchronized,它多了一些高级功能:

    1. 等待可中断

    当持有锁的线程长期不释放锁的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,改为处理其他事情,可中断特性对处理执行时间非常长的同步块很有帮助。

    2. 可实现公平锁

    公平锁是指多个线程在等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁;而非公平锁则不保证这一点,在锁被释放时,任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。synchronized 中的锁是非公平的,ReentrantLock 默认情况下也是非公平的,但可以通过带布尔值的构造函数要求使用公平锁。

    3. 锁绑定多个条件

    一个 ReentrantLock 对象可以同时绑定多个 Condition 对象,而在 synchronized 中,锁对象的 wait() 和 notify() 或 notifyAll() 方法可以实现一个隐含的条件,如果要和多于一个的条件关联的时候,就不得不额外地添加一个锁,而 ReentrantLock 则无须这样做,只需要多次调用 newCondition() 方法即可。

    synchronized 和 ReentrantLock 比较

    1. 锁的实现

    synchronized 是 JVM 实现的,而 ReentrantLock 是 JDK 实现的。

    2. 性能

    从性能上来看,在新版本的 JDK 中对 synchronized 进行了很多优化,例如自旋锁等。目前来看它和 ReentrantLock 的性能基本持平了,因此性能因素不再是选择 ReentrantLock 的理由,而且 synchronized 有更大的优化空间,因此优先考虑 synchronized。

    3. 功能

    ReentrantLock 多了一些高级功能。

    4. 使用选择

    除非需要使用 ReentrantLock 的高级功能,否则优先使用 synchronized。这是因为 synchronized 是 JVM 实现的一种锁机制,JVM 原生地支持它,而 ReentrantLock 不是所有的 JDK 版本都支持。并且使用 synchronized 不用担心没有释放锁而导致死锁问题,因为 JVM 会确保锁的释放。

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