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简述 synchronized 和 java.util.concurrent.locks.Lock 的异同？

news 2024/11/14 10:56:11

大家好，我是锋哥。今天分享关于【简述 synchronized 和 java.util.concurrent.locks.Lock 的异同？】面试题。希望对大家有帮助；

简述 synchronized 和 java.util.concurrent.locks.Lock 的异同？

在Java编程中，synchronized 和 java.util.concurrent.locks.Lock 都是用于实现线程同步的机制，它们的主要目的是确保在多线程环境中对共享资源的访问不会出现竞态条件。尽管它们的目标相同，但它们在实现机制、使用方式、功能扩展等方面存在一些差异。本文将简要介绍 synchronized 和 Lock 的异同，帮助理解它们在实际应用中的区别和优劣。

1. 基本概念和功能

synchronized：
synchronized 是Java语言提供的一个关键字，用于标识同步块或同步方法。它通过给代码块或方法加锁来确保同一时间只有一个线程可以执行这段代码，从而保证共享资源的线程安全。它是一个内置的语言特性，简单易用，但功能较为单一。
java.util.concurrent.locks.Lock：
Lock 是 Java 提供的一个接口，定义了一种比 synchronized 更灵活的锁机制。Lock 接口有多个实现类，如 ReentrantLock，它提供了比 synchronized 更强大的功能，例如可中断的锁、定时锁和公平锁等。

2. 基本语法

synchronized： synchronized 的使用相对简单，可以应用于方法或代码块。

同步方法：

public void method() {synchronized(this) {// 代码块}
}

同步代码块：

public synchronized void method() {// 方法体
}

Lock：使用 Lock 时，首先需要创建 Lock 的实现对象（如 ReentrantLock），然后手动加锁和释放锁。
- 加锁与释放锁：
```
Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();  // 加锁
try {// 代码块
} finally {lock.unlock();  // 释放锁
}
```

3. 功能对比

灵活性：
- synchronized 的加锁和解锁是自动完成的，并且加锁范围是方法或代码块的开始与结束，无法手动控制锁的释放时机。
- Lock 提供了更加灵活的控制，可以显式地控制加锁和解锁的时机，甚至支持定时加锁、可中断加锁等高级功能。
可重入性：
- synchronized 也是可重入的，即同一线程可以多次获取同一把锁而不会发生死锁。
- Lock 实现类（如 ReentrantLock）也支持可重入性，提供了与 synchronized 类似的特性，但它允许通过 getHoldCount() 等方法查询锁的持有情况。
死锁预防：
- 使用 synchronized 时，Java 会自动处理锁的获取与释放，但它不能直接帮助预防死锁，程序员需要在设计时特别注意。
- Lock 提供了 tryLock() 方法，可以尝试获取锁而不会一直阻塞，从而避免死锁的发生。如果线程无法获得锁，它可以选择继续执行其他任务或重试。
中断响应：
- synchronized 不能响应线程的中断。如果一个线程在等待锁时被中断，它仍然会阻塞。
- Lock 允许响应中断。使用 lockInterruptibly() 方法，线程在等待锁时可以响应中断，避免长时间的阻塞。
定时锁：
- synchronized 没有提供定时锁的功能，线程必须一直等待锁的释放。
- Lock 提供了定时锁功能，例如 tryLock(long time, TimeUnit unit) 方法，允许线程在指定的时间内尝试获取锁，如果在时间内没有获得锁，它会返回 false。
公平性：
- synchronized 默认是非公平的，即无法保证先请求锁的线程先获得锁。
- Lock 可以通过 ReentrantLock 提供公平锁选项。如果创建锁时传入 true 参数，ReentrantLock 会实现公平锁，确保先请求的线程先获取锁。

4. 性能对比

synchronized： synchronized 是Java内置的机制，通常来说，在轻量级锁的情况下性能较好，因为JVM已经为其进行了优化。然而，当锁竞争激烈时，synchronized 的性能可能会下降，尤其是当锁的持有时间较长时。
Lock： Lock 提供了更丰富的功能，因此可能在复杂的同步场景下表现得更好。尤其是在多线程竞争激烈或者需要高级特性（如可中断锁、定时锁等）时，Lock 可能会提供更好的性能和更细粒度的控制。

5. 使用场景

synchronized：适合用在简单的同步需求中，比如同步方法或小范围的代码块。它的简单性和自动释放锁的特性使得它在许多常见的同步场景下足够使用。
Lock：适合用在更复杂的并发场景中，尤其是需要高级功能（如定时锁、可中断锁或公平锁）时。它的灵活性和扩展性使得它在高并发、长时间运行的应用中更为合适。

6. 总结

特性	`synchronized`	`Lock`
使用方式	简单、内置语法	需要手动加锁、解锁
锁的释放	自动释放锁	手动释放锁
可重入性	支持	支持
中断响应	不支持	支持 `lockInterruptibly()`
定时锁	不支持	支持 `tryLock(long time, TimeUnit)`
公平性	默认非公平	支持公平锁（可通过 `ReentrantLock` 设置）
性能	对简单场景优化较好	在复杂场景中表现更好
使用场景	简单同步需求	复杂的同步需求，特别是高并发场景