Java的互斥同步机制

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，由于调用的是同一个对象的同步代码块，因此这两个线程会进行同步，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());
}

输出

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());
}

输出

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，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，也会进行同步。

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());
}

输出

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

ReentrantLock 是 java.util.concurrent（J.U.C）包中的锁。

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());
}

输出

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

两者比较

1.锁的实现

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

2.性能

新版本 Java 对 synchronized 进行了很多优化，例如自旋锁等，synchronized 与 ReentrantLock 大致相同。

3.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。

ReentrantLock 可中断，而 synchronized 不行。

4.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。

synchronized 中的锁是非公平的，ReentrantLock 默认情况下也是非公平的，但是也可以是公平的。

5.锁绑定多个条件

一个 ReentrantLock 可以同时绑定多个 Condition 对象。

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。