1. 引言
在多线程编程中,我们经常需要确保某些代码在同一时刻只由一个线程执行。这种机制通常叫做“互斥锁”或“同步”。Java 提供了两种主要的同步机制:synchronized
关键字和 Lock
接口。尽管它们的作用相似,都用于实现线程的同步,但在使用和功能上有一些显著的区别。
本文将详细对比 synchronized
和 Lock
,帮助理解它们的区别和各自的适用场景。
2. synchronized
关键字
synchronized
是 Java 中实现线程同步的原生关键字,它的作用是确保某个方法或代码块在同一时刻只能由一个线程访问。synchronized
的语法相对简单,且直接嵌入到方法或代码块中。
2.1 基本用法
- 同步方法:
public synchronized void someMethod() {// 临界区代码
}
- 同步代码块:
public void someMethod() {synchronized (this) {// 临界区代码}
}
2.2 特性
- 隐式锁:
synchronized
自动为被同步的方法或代码块加上锁,并在方法执行完后释放锁。 - 不能中断: 在持有
synchronized
锁的线程执行过程中,其他线程不能中断该线程,除非该线程主动释放锁。 - 只能锁住对象: 锁的对象是 JVM 中的对象引用,可以是
this
,也可以是类对象(对于静态方法)。 - 内置机制:
synchronized
是 Java 的内置机制,在编译时由 JVM 自动管理。
3. Lock
接口
Lock
是 Java 提供的一个接口,定义在 java.util.concurrent.locks
包中,属于显式锁的实现。与 synchronized
相比,Lock
提供了更多的灵活性和控制,适合于更复杂的同步场景。
3.1 基本用法
Lock
的常用实现类是 ReentrantLock
,使用时需要先创建 Lock
对象,然后手动获取和释放锁。
Lock lock = new ReentrantLock();public void someMethod() {lock.lock();try {// 临界区代码} finally {lock.unlock();}
}
3.2 特性
- 显式锁: 与
synchronized
不同,Lock
锁需要手动控制加锁和解锁。 - 可中断:
Lock
提供了带有中断响应的锁获取方法。例如,lock.lockInterruptibly()
允许在等待锁的时候响应中断。 - 公平锁:
ReentrantLock
提供了公平性选项,可以保证锁的获取按照请求锁的顺序进行(即先来先得)。 - 可尝试锁:
Lock
允许尝试获取锁,而不是一直等待,方法如lock.tryLock()
可以尝试获取锁并返回是否成功。 - 读写锁:
Lock
还提供了ReadWriteLock
接口,可以将锁分为读锁和写锁,提升多线程并发的性能。
4. synchronized
与 Lock
的区别
4.1 锁的类型和粒度
synchronized
: 锁住的是对象(实例对象或类对象)。在方法上使用时,锁住的是方法所属的对象。Lock
: 锁住的是一个显式的锁对象,通过lock.lock()
方法来加锁,因此可以精确控制锁的范围。
4.2 控制粒度和灵活性
synchronized
: 锁的控制较为简单和粗糙,不能灵活控制线程的执行。Lock
: 提供更多的控制方法(如lockInterruptibly()
、tryLock()
),支持中断、超时和公平性等特性,控制灵活。
4.3 锁的释放
synchronized
: 锁的释放是隐式的,在方法执行完后,JVM 自动释放锁,不需要显式地调用unlock
。Lock
: 锁的释放是显式的,必须手动调用unlock()
,否则可能导致死锁。
4.4 中断和超时
synchronized
: 无法响应中断,一旦进入同步代码块或方法,线程就会一直等待,直到获得锁。Lock
: 提供了lockInterruptibly()
方法,可以响应中断,线程可以在等待锁的过程中被中断。
4.5 性能和并发
synchronized
: 在高并发情况下,synchronized
的性能较差,尤其是锁竞争激烈时,容易导致性能瓶颈。Lock
: 由于其更灵活的特性,Lock
在高并发下的表现往往优于synchronized
,尤其是在需要公平锁、尝试锁或读写锁的情况下。
5. 使用场景
5.1 使用 synchronized
的场景
- 代码简洁,使用场景不复杂时,
synchronized
是一个合适的选择。 - 对于普通的互斥同步,使用
synchronized
更简洁,且由 JVM 自动管理锁。
5.2 使用 Lock
的场景
- 需要更多控制的场景,如需要响应中断、尝试获取锁或实现公平锁时,
Lock
是更好的选择。 - 需要在同一方法中多次加锁并释放锁的场景,
Lock
提供了更精细的控制。
6. 总结
特性 | synchronized | Lock |
---|---|---|
锁的类型 | 自动加锁,对象锁 | 显式加锁,可以是任何对象 |
锁的释放 | 自动释放,无法中断 | 必须手动释放,支持中断和超时 |
中断响应 | 不支持 | 支持 |
锁的公平性 | 不保证 | 可以选择公平锁 |
适用场景 | 代码简单的同步场景 | 高并发、需要更多控制的同步场景 |
通过对比可以看出,synchronized
适合简单的同步需求,而 Lock
更适合复杂的多线程控制和高并发场景。根据具体的需求选择合适的同步工具,能有效提高程序的效率和可维护性。