Java锁机制对比与选择

Java 各种锁对比

Java 提供了多种锁机制，每种锁都有其特点和适用场景。以下是主要锁类型的对比：

1. 乐观锁 vs 悲观锁

特性	乐观锁	悲观锁
实现方式	版本号/CAS	synchronized/ReentrantLock
适用场景	读多写少	写多读少
并发性能	高	低
冲突处理	重试或报错	阻塞等待
示例	AtomicInteger, StampedLock	synchronized

2. synchronized 锁

• 类型：悲观锁、可重入锁、非公平锁
• 特点：
  • JVM 内置实现，自动加锁/释放锁
  • 在 JDK 1.6 后进行了大量优化（偏向锁、轻量级锁、重量级锁）
  • 不可中断
  • 非公平锁

3. ReentrantLock

特性	ReentrantLock	synchronized
实现方式	API 层面	JVM 层面
锁获取	可尝试获取(tryLock)、可定时、可中断	不可
公平性	可选择公平或非公平(默认非公平)	非公平
条件变量	支持多个 Condition	只支持一个 wait/notify
性能	JDK 1.6 后两者性能接近	JDK 1.6 后优化良好
锁释放	必须手动 unlock()	自动释放

4. ReentrantReadWriteLock

• 读写分离锁，读锁共享，写锁独占
• 特点：
  • 读读不互斥
  • 读写、写写互斥
  • 写锁可降级为读锁，但读锁不能升级为写锁
  • 可能导致写线程饥饿

5. StampedLock

• JDK 1.8 新增，性能优于 ReentrantReadWriteLock
• 三种模式：
  • 写锁：独占，类似 ReentrantLock
  • 悲观读锁：类似 ReentrantReadWriteLock 的读锁
  • 乐观读：不加锁，通过 validate() 方法验证
• 特点：
  • 不可重入
  • 不支持 Condition
  • 乐观读适用于读多写少场景

6. 分布式锁

实现方式	特点
数据库实现	简单但性能差，可用基于唯一键或版本号实现
Redis 实现	高性能，常用 SETNX 或 RedLock 算法，需考虑锁续期问题
Zookeeper 实现	可靠性高，基于临时顺序节点实现，有羊群效应问题

7. 锁优化建议

1. 减少锁持有时间（同步代码块尽量小）
2. 减小锁粒度（如 ConcurrentHashMap 分段锁）
3. 读写分离（使用 ReadWriteLock）
4. 无锁编程（CAS 操作）
5. 锁粗化（合并连续的小锁请求）
6. 避免死锁（按固定顺序获取锁）

选择锁的考量因素

1. 并发度（高并发考虑更轻量级的锁）
2. 读写比例（读多写少考虑读写锁）
3. 是否需要公平性
4. 是否需要可中断、超时功能
5. 是否需要条件变量

根据具体场景选择合适的锁机制，才能达到最佳的性能和安全性平衡。