Java中Synchronized和Lock的底层实现到底有什么区别

Posted 2021-11-05 高、远

【1】synchronized

synchronized通过monitor和mutex lock实现了互斥

synchronized是通过每个对象与之相关的一个叫做监视器（monitor）来实现的
监视器内有个组件是计数器，默认值为0，

• 当计数器为0，尝试加锁，加锁成功，计数器加1（本线程可以多次获取这个锁，可重入）
• 其他线程发现计数器不为0，加锁失败进入阻塞

监视器锁本质是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock是互斥锁来实现的
Mutex Lock指令的调用需要从用户态转换到核心态
成本非常高，造成synchronized效率低
因此synchronized称其为“重量级锁”

JDK对synchronized进行了优化，引入了膨胀的过程： 无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁即Mutex Lock

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【2】Lock

Lock的唯一实现类：ReetrantLock，依赖AQS来实现
Java 中Lock接口提供了ReetrantLock实现类来实现可重入锁功能。ReetrantLock基于AQS （抽象队列同步器）来实现加锁的获取、可重入、释放。实现可重入的功能： 可以重复地获取自己（本线程）所拥有的锁。

ReentrantLock 的底层原理是怎样的？

锁内部有两个核心参数：

1. state：计数器
2. exclusiveOwnerThread：所有者线程

第一步：先进行CAS算法，CAS是原子性的操作同时只能一个线程，当state计数值为0时，这个锁就被认为是没有被任何线程所占有的，其他线程会进入等待队列

第二步：当线程请求一个未被持有的锁时，计数值将会递增

第三步：而当线程退出同步代码时，计数器会相应地递减。当计数值为0时，则释放该锁

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【3】synchronized 和 Lock 有什么区别？

1. 实现层面不一样。synchronized 是 Java 关键字，JVM层面 实现加锁和释放锁（代码中没有，但进行反编译会发现monitorenter和monitorexit）；Lock 是一个接口，ReentrantLock在代码层面实现加锁和释放锁
2. 是否自动释放锁。synchronized 在线程代码执行完或出现异常时自动释放锁；Lock 不会自动释放锁，需要再 finally {} 代码块显式地中释放锁
3. 是否一直等待。synchronized 会导致线程拿不到锁一直等待；Lock 可以设置尝试获取锁或者获取锁失败一定时间超时
4. 获取锁成功是否可知。synchronized 无法得知是否获取锁成功；Lock 可以通过tryLock 获得加锁是否成功
5. 功能复杂性。synchronized 加锁可重入、不可中断、非公平；Lock 可重入、可判断、可公平和不公平、细分读写锁提高效率

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类别	synchronized	Lock
存在的层次	Java关键字 在JVM层面上	是一个类
锁的释放	1以获取锁的线程执行完同步代码，释放锁 2线程执行发生产异常，jvm会让线程释放锁	在finally中必须释放锁，不然容易造存线程死锁发生异常
锁的获取	假设A线程获取锁，B线程等待。如果A线程阻塞，B线程会一直等待	可以尝试获得锁，线程可以不用一直等待
锁状态	无法判断	可以判断
锁类型	可重入、不可中断、非公平	可重入、可判断 可公平 、可不公平
锁的性能	少量同步	大量同步