Synchronized与ReentrentLock

本文介绍了Java5中新增的ReentrantLock机制,对比Synchronized关键字,ReentrantLock提供了更丰富的功能并适用于更复杂的场景。文章详细解释了ReentrantLock的各种方法及其实现的灵活性,包括lockInterruptibly、tryLock等特性。同时对比了Synchronized与ReentrantLock的性能差异,讨论了锁升级机制(偏向锁、轻量级锁和重量级锁)以及公平性和非公平性的区别。

Java5新增了一种机制ReentrentLock,在此之前只有Synchronized与Volatile;ReentrentLock而是提供了更多功能,适用更复杂场景。

public interface Lock {

    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

很灵活,lockInterruptibly在获取锁时可中断,tryLock()可轮询避免死锁,tryLock(long time, TimeUnit unit)可定时,可中断

性能

java6改进了内置锁的算法,Synchronized性能略差于ReentrentLock,但随着对内置锁的不断优化使得其表现要好于ReentrentLock
偏向锁/轻量级锁/重量级锁:这三种锁是指锁的状态,并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞,性能降低。
锁的内部原理}

公平性

ReentrentLock提供公平锁与非公平锁(默认),非公平锁性能高是因为它允许”插队“,带来了高的吞吐量

二者之间选择

Doug Lea大神更推荐Synchronized,使用方便性能好,仅当Synchronized无法满足你的需求时,再考虑ReentrentLock

参考书籍

《Java并发编程实战》

<think>好的,我现在要回答用户关于Java中synchronized和volatile关键字的区别、使用场景及实现机制的问题。首先,我需要回忆这两个关键字的基本概念和它们在多线程编程中的作用。 根据用户提供的引用资料,synchronized和volatile都是用于处理多线程中的同步和可见性问题。但它们的实现方式和应用场景不同。我需要先整理它们的区别,可能需要从作用机制、可见性保证、原子性、性能等方面展开。 首先,volatile关键字主要用于保证变量的可见性。当一个变量被声明为volatile时,任何线程修改了该变量,其他线程都能立即看到这个变化。这是因为volatile变量禁止了指令重排序,并且每次访问都直接从主内存中读取,而不是从线程的本地缓存。但volatile不保证原子性,例如i++这样的操作,即使变量是volatile的,仍然需要同步。引用[3]提到volatile不会造成线程阻塞,而synchronized可能会。 然后是synchronized关键字,它既可以保证可见性,又能保证原子性。synchronized通过获取对象的监视器锁(monitor)来实现同步,确保同一时刻只有一个线程执行特定的代码块。这样,被synchronized修饰的代码或变量在多线程环境下是线程安全的。引用[5]提到早期synchronized是重量级锁,但现在经过优化,性能有所提升。 接下来需要考虑使用场景。volatile适合用在状态标志变量,比如一个线程检查某个标志位,另一个线程修改它,这时候用volatile可以确保可见性。而synchronized适合需要原子性操作的场景,比如多个步骤的操作必须全部完成,中间不能被其他线程干扰。 实现机制方面,volatile通过内存屏障来防止指令重排,并强制线程每次读写都直接操作主内存。而synchronized则是基于监视器锁,涉及到进入和退出监视器的过程,可能涉及线程的阻塞和唤醒,这在引用[4]和[5]中都有提到。 另外,引用[1]指出volatile是变量级别的,而synchronized可以用于变量、方法和类级别。这也是一个区别点。 可能还需要提到两者的性能差异。因为synchronized涉及到锁机制,尤其在竞争激烈的情况下,性能开销较大。而volatile没有锁的开销,但适用场景有限。 现在要确保回答覆盖这些点,并且结构清晰,分点说明。同时需要引用用户提供的参考资料,正确标注引用来源。例如,在讨论volatile的可见性时,可以引用[3]和[4];在synchronized的原子性和锁机制时引用[1]和[5]。 最后,生成相关问题,可能需要围绕两者的对比、使用场景、优化方法等方面提问,比如性能比较、如何选择使用哪一个、实际应用案例等。</think>### Java中synchronizedvolatile关键字的区别 #### 一、作用机制 1. **volatile** - **可见性保证**:声明为`volatile`的变量,每次读取直接访问主内存,写入时立即刷新到主内存,确保多线程间的可见性[^3][^4]。 - **禁止指令重排序**:通过内存屏障(Memory Barrier)防止编译器和处理器对指令进行重排序优化[^4]。 - **不保证原子性**:例如`i++`操作,即使变量是`volatile`,仍需同步(如使用`synchronized`或原子类)。 2. **synchronized** - **锁机制**:基于对象监视器(Monitor)实现,同一时间仅允许一个线程获取锁并执行临界区代码[^1][^5]。 - **原子性可见性**:既保证代码块的原子性(连续操作不可中断),也确保变量修改后的可见性。 - **可重入性**:线程可重复获取已持有的锁,避免死锁。 #### 二、使用场景 | **场景** | **volatile** | **synchronized** | |-----------------------|---------------------------------------|---------------------------------------| | **单次读写操作** | ✔️ 适合(如状态标志位) | ❌ 性能开销较大 | | **复合操作(如i++)** | ❌ 无法保证原子性 | ✔️ 必须使用 | | **方法/代码块同步** | ❌ 仅限变量 | ✔️ 支持方法、代码块、类级别同步 | | **线程阻塞控制** | ❌ 无阻塞机制 | ✔️ 锁竞争时可能阻塞线程 | #### 三、性能差异 - **volatile**:无锁机制,仅读写主内存,性能开销较小。 - **synchronized**:早期为重量级锁(涉及内核态切换),经优化后(偏向锁、轻量级锁)性能提升,但竞争激烈时仍可能退化为重量级锁。 #### 四、代码示例 1. **volatile适用场景** ```java volatile boolean isRunning = true; // 状态标志位 void stop() { isRunning = false; } // 线程A修改 void run() { while (isRunning) { ... } } // 线程B读取 ``` 2. **synchronized适用场景** ```java private int count = 0; public synchronized void increment() { // 保证原子性 count++; } ``` #### 五、总结 - **选择volatile**:当仅需可见性且操作本身是原子性(如赋值)时。 - **选择synchronized**:需要原子性复合操作或同步代码块时。 ---
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