Synchronized与ReentrantLock的区别

Posted 2020-10-06

Java在编写多线程程序时，为了保证线程安全，需要对数据同步，经常用到两种同步方式就是Synchronized和重入锁ReentrantLock。

相同点和区别

相同点：这两种同步方式有很多相似之处，它们都是加锁方式同步，而且都是阻塞式的同步，也就是说当如果一个线程获得了对象锁，进入了同步块，其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待，而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的（操作系统需要在用户态与内核态之间来回切换，代价很高，不过可以通过对锁优化进行改善）。

区别：这两种方式最大区别就是对于Synchronized来说，它是java语言的关键字，是原生语法层面的互斥，需要jvm实现。而ReentrantLock它是JDK1.5之后提供的API层面的互斥锁，需要lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成。

synchronized是托管给JVM执行的，而lock是java写的控制锁的代码。在Java1.5中，synchronize是性能低效的。因为这是一个重量级操作，需要调用操作接口，导致有可能加锁消耗的系统时间比加锁以外的操作还多。相比之下使用Java提供的Lock对象，性能更高一些。但是到了Java1.6，发生了变化。synchronize在语义上很清晰，可以进行很多优化，有适应自旋，锁消除，锁粗化，轻量级锁，偏向锁等等。导致在Java1.6上synchronize的性能并不比Lock差。官方也表示，他们也更支持synchronize，在未来的版本中还有优化余地。

synchronized原始采用的是CPU悲观锁机制，即线程获得的是独占锁。独占锁意味着其他线程只能依靠阻塞来等待线程释放锁。而在CPU转换线程阻塞时会引起线程上下文切换，当有很多线程竞争锁的时候，会引起CPU频繁的上下文切换导致效率很低。

而Lock用的是乐观锁方式。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。乐观锁实现的机制就是CAS操作（CompareandSwap）。我们可以进一步研究ReentrantLock的源代码，会发现其中比较重要的获得锁的一个方法是compareAndSetState。这里其实就是调用的CPU提供的特殊指令。

Synchronized

Synchronized进过编译，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象锁，把锁的计算器加1，相应的，在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1，当计算器为0时，锁就被释放了。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞，直到对象锁被另一个线程释放为止。

public class SynDemo{  
    public static void main(String[] arg){  
        Runnable t1=new MyThread();  
        new Thread(t1,"t1").start();  
        new Thread(t1,"t2").start();  
    }  
}  
class MyThread implements Runnable {  
    @Override  
    public void run() {  
        synchronized (this) {  
            for(int i=0;i<10;i++)  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);  
        }  
    }  
}  

查看字节码指令：

ReentrantLock

由于ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥锁，相比Synchronized，ReentrantLock类提供了一些高级功能，主要有以下3项：

• 等待可中断，持有锁的线程长期不释放的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。
• 公平锁，多个线程等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序获得锁，Synchronized锁非公平锁，ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁，可以通过参数true设为公平锁，但公平锁表现的性能不是很好。
• 锁绑定多个条件，一个ReentrantLock对象可以同时绑定对个对象。

ReentrantLock的用法如下：

public class SynDemo{  
    public static void main(String[] arg){  
        Runnable t1=new MyThread();  
        new Thread(t1,"t1").start();  
        new Thread(t1,"t2").start();  
    }  
}  
class MyThread implements Runnable {  
    private Lock lock=new ReentrantLock();  
    public void run() {  
            lock.lock();  
            try{  
                for(int i=0;i<5;i++)  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);  
            }finally{  
                lock.unlock();  
            }  
    }  
}