锁（ ReentrantLock，Synchronized）

news2024/12/26 16:33:21

1.lock和synchronized

语法层面

synchronized 是关键字，源码在 jvm 中，用 c++ 语言实现；

Lock 是接口，源码由 jdk 提供，用 java 语言实现；

使用 synchronized 时，退出同步代码块锁会自动释放，而使用 Lock 时，需要手动调用 unlock 方法释放锁

功能层面

二者均属于悲观锁、都具备基本的互斥、同步、锁重入功能；

Lock 提供了许多 synchronized 不具备的功能，例如公平锁、可打断、可超时、多条件变量

Lock 有适合不同场景的实现，如 ReentrantLock， ReentrantReadWriteLock(读写锁)

性能层面

在没有竞争时，synchronized 做了很多优化，如偏向锁、轻量级锁，性能不赖

在竞争激烈时，Lock 的实现通常会提供更好的性能

2.ReentrantLock的代码实现

对于ReentrantLock来说，它既可以使用乐观锁思想，也可以使用悲观锁思想，具体取决于如何使用它的不同方法。

悲观锁思想：在使用ReentrantLock时，可以使用它的lock()和unlock()方法来实现悲观锁思想。在使用lock()方法获取锁之前，它会一直等待直到获取到锁，如果其他线程已经持有锁，则当前线程会被阻塞。这种方式与传统的悲观锁思想相似，它假设并发访问会导致冲突，因此在访问共享资源之前先获取锁。

示例代码：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

lock.lock(); // 获取锁
try {
    // 访问共享资源
} finally {
    lock.unlock(); // 释放锁
}

乐观锁思想：在使用ReentrantLock时，可以使用它的tryLock()方法来实现乐观锁思想。tryLock()方法尝试获取锁，如果获取成功则返回true，否则返回false，不会一直等待。这种方式与乐观锁思想相似，它假设并发访问不会导致冲突，因此直接进行操作而不获取锁。

示例代码：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

if (lock.tryLock()) { // 尝试获取锁
    try {
        // 访问共享资源
    } finally {
        lock.unlock(); // 释放锁
    }
} else {
    // 锁被其他线程持有，处理逻辑
}

需要注意的是，ReentrantLock的乐观锁思想并不是基于CAS机制实现的，而是基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现的。因此，它的乐观锁并不是真正意义上的无锁操作，而是一种基于线程等待/唤醒机制的乐观策略。

3.ReentrantLock构造原理

ReentrantLock主要利用CAS+AQS队列来实现。它支持公平锁和非公平锁，两者的实现类似

构造方法接受一个可选的公平参数（默认非公平锁），当设置为true时，表示公平锁，否则为非公平锁。公平锁的效率往往没有非公平锁的效率高，在许多线程访问的情况下，公平锁表现出较低的吞吐量。

拓展延申

1)AQS

关键时FIFO双向队列和属性state

是多线程中的队列同步器。是一种锁机制，它是做为一个基础框架使用的，像ReentrantLock、Semaphore都是基于AQS实现的
AQS内部维护了一个先进先出的双向队列，队列中存储的排队的线程
在AQS内部还有一个属性state，这个state就相当于是一个资源，默认是0（无锁状态），如果队列中的有一个线程修改成功了state为1，则当前线程就相等于获取了资源
在对state修改的时候使用的cas操作，保证多个线程修改的情况下原子性

2)了解AQS与Synchronized的区别

3)CAS

CAS的全称是： Compare And Swap(比较再交换)，它体现的一种乐观锁的思想，在无锁情况下保证线程操作共享数据的原子性。

4)乐观锁与悲观锁

CAS 是基于乐观锁的思想：最乐观的估计，不怕别的线程来修改共享变量，就算改了也没关系，我吃亏点再重试呗。

synchronized 是基于悲观锁的思想：最悲观的估计，得防着其它线程来修改共享变量，我上了锁你们都别想改，我改完了解开锁，你们才有机会。

在Java中，synchronized关键字和ReentrantLock类都是悲观锁的实现。

在Java中，Atomic类和CAS（Compare and Swap）机制都是乐观锁的实现。

4.Java中synchronized的代码实例

下面是Java中使用synchronized关键字的几种代码示例：

同步方法：

public synchronized void synchronizedMethod() {
    // 同步的代码块
}

同步代码块：

public void synchronizedBlock() {
    synchronized (this) {
        // 同步的代码块
    }
}

静态同步方法：

public static synchronized void synchronizedStaticMethod() {
    // 同步的代码块
}

同步对象锁：

public class MyClass {
    private final Object lock = new Object();

    public void synchronizedObjectLock() {
        synchronized (lock) {
            // 同步的代码块
        }
    }
}

在上述示例中，使用synchronized关键字修饰的方法或代码块被称为同步方法或同步代码块，它们保证了同一时刻只能有一个线程访问被同步的代码块。synchronized关键字可以修饰方法、代码块、静态方法，以及指定的对象锁。

当一个线程进入到一个被synchronized修饰的方法或代码块时，它会尝试获取对象的锁。如果锁没有被其他线程占用，则该线程获取到锁并执行同步代码块；如果锁已经被其他线程占用，则该线程会进入阻塞状态，直到锁被释放。

需要注意的是，synchronized关键字是可重入的，即一个线程可以多次获取同一个锁。当一个线程已经获取到锁时，它可以再次进入被同步修饰的方法或代码块，而不会被阻塞。这种机制可以避免死锁的发生。

另外，synchronized关键字还可以用于实现线程之间的通信，通过wait()、notify()和notifyAll()方法来实现线程的等待和唤醒操作。这些方法必须在synchronized修饰的代码块中调用，并且是针对同一个对象锁的操作。