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再也不怕面试官问：详解Synchronized和Lock的实现原理及使用场景

作者：

码农清风

在

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1、Synchronized与Lock对比

再也不怕面试官问：详解Synchronized和Lock的实现原理及使用场景

  1. 完成办法：Synchronized是Java言语内置的关键字，而Lock是一个Java接口。
  2. 锁的获取和开释：Synchronized是隐式获取和开释锁，由Java虚拟机主动完结；而Lock需求显式地调用lock()办法获取锁，并且必须在finally块中调用unlock()办法来开释锁。
  3. 可中止性：在获取锁的过程中，假如线程被中止，synchronized会抛出InterruptedException反常并且主动开释锁，而Lock则需求手动捕获InterruptedException反常并处理，同时也支撑非堵塞、可轮询以及定时获取锁的办法。
  4. 公正性：Synchronized不确保线程获取锁的公正性，而Lock能够经过结构函数指定公正或非公正锁。
  5. 锁状况：Synchronized无法判别锁的状况，而Lock能够经过tryLock()、isLocked()来判别锁的状况(线程是否或许取到锁、锁是否被占用等)。
  6. 粒度：Synchronized锁的粒度较粗，只能锁住整个办法或代码块，而Lock能够细粒度地操控锁的规模，比方锁某个目标的部分属性。
  7. 场景：假如在简略的并发场景下，推荐运用Synchronized；而在需求更高档的锁操控时，能够考虑运用Lock。

一般状况建议运用Synchronized，在JDK1.5之前Lock优于Synchronized，但在JDK1.5之后对Synchronized进行了优化，后面在性能方面基本与Lock相同且运用简略(有作者说”Synchronized是亲生的，JDK还是会一向优化他不会让Lock优于它”)。

2、Synchronized与Lock原理

2.1 Synchronized原理

Synchronized是Java言语中最常用的同步机制之一，它能够确保多个线程拜访共享资源时的互斥性和可见性。Synchronized关键字的原理如下：

  1. Synchronized运用了内置锁（也称为监视器锁）来完成同步。每个Java目标都有一个内置锁，当该目标作为锁被获取时，其他企图获取该锁的线程会被堵塞，直到该锁被开释。
  2. Synchronized的锁是与目标相关联的。当一个线程进入Synchronized代码块时，它必须先获取该目标的锁才能履行代码，否则就会被堵塞。当该线程退出Synchronized代码块时，它会主动开释该目标的锁。
  3. Synchronized具有可重入性。假如当时线程现已获得了某个目标的锁，那么它能够持续拜访该目标的其他Synchronized代码块，而不会被自己持有的锁所堵塞。
  4. Synchronized还具有volatile变量的读写语义。在运用Synchronized关键字时，内存屏障会确保本地线程中修正过的变量值被改写回主内存，然后确保了多个线程之间对变量修正的可见性。

Synchronized经过运用内置锁、与目标关联的锁、可重入性以及内存屏障等机制来完成线程的同步和锁的办理，以确保对共享资源的拜访具有互斥性和可见性。

2.2 Lock原理

Lock是Java言语中的一种高档同步机制，它供给了比Synchronized更加灵敏和可扩展的同步特性。Lock机制的原理如下：

  1. Lock运用了目标的锁来完成同步。每个Lock目标都有一个锁，当该锁被获取时，其他企图获取该锁的线程会被堵塞，直到该锁被开释。
  2. Lock的锁是与目标无关的。相比于Synchronized关键字，Lock供给了更加灵敏的办法来操控锁的获取和开释。例如，它支撑可中止的获取锁操作、超时获取锁操作等等。因而，在需求手动操控锁的获取和开释时，Lock是一个很好的选择。
  3. Lock还具有可重入性。假如当时线程现已获得了某个Lock目标的锁，那么它能够持续拜访该目标的其他Lock代码块，而不会被自己持有的锁所堵塞。
  4. Lock运用了条件变量来完成线程的等候和告诉。Condition接口供给了await()、signal()和signalAll()等办法，用于线程之间的等候和告诉，然后防止了Object类中wait()和notify()办法或许出现的信号丢失问题。

Lock经过运用目标的锁、与目标无关的锁、可重入性以及条件变量等机制来完成线程的同步和锁的办理，以确保对共享资源的拜访具有互斥性和可见性。与Synchronized关键字相比，Lock供给了更加灵敏和可扩展的同步特性，但也需求更多的代码来操控锁的获取和开释。

3、Synchronized与Lock运用

下面分别给出Synchronized和Lock的运用示例。

Synchronized

    public class Counter {
        private int count;
        public synchronized void increment() {
            count++;
        }
    }

上述代码界说了一个计数器类Counter，办法都运用了synchronized关键字来完成线程同步。

Lock

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Counter {
    private int count;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

上述代码也是界说了一个计数器类Counter，可是运用的是Lock接口来完成线程同步。在这种状况下，需求先创建一个ReentrantLock目标，然后在需求同步的代码块中调用lock()办法获取锁，在finally块中调用unlock()办法开释锁。

总的来说，Synchronized更加简略易用，合适用于一些简略的并发场景；而Lock供给了更多的灵敏性和可扩展性，合适用于一些复杂的并发场景。

4、相关问题

1）Synchronized和Lock有什么区别？

  • 完成办法：Synchronized是Java内置的关键字，而Lock是一个接口。
  • 锁的获取和开释：Synchronized的获取和开释锁由JVM主动完结，而Lock需求手动调用lock()办法获取锁并在finally块中调用unlock()办法开释锁。
  • 可中止性：假如线程在获取锁的过程中被中止，Synchronized会抛出InterruptedException反常并主动开释锁，而Lock需求手动处理这种状况。
  • 公正性：Synchronized不确保公正性，而Lock能够经过结构函数指定公正或非公正锁。
  • 粒度：Synchronized锁的粒度比较粗，只能锁住整个办法或代码块，而Lock能够细粒度地操控锁的规模。

2）Synchronized的完成原理是什么？

Synchronized是根据Java目标头的监视器（Monitor）完成的。每个Java目标都有一个监视器，同步块的进入和退出需求获取和开释目标的监视器。当线程尝试进入一个被锁住的同步块时，它会先尝试获取目标的监视器锁，假如锁现已被占用，线程就会进入堵塞状况，直到锁被开释。

3）Lock的完成原理是什么？

Lock的完成是根据Java的AbstractQueuedSynchronizer（AQS）框架的。Lock接口界说了多个获取和开释锁的办法，其中比较重要的是lock()和unlock()办法。当一个线程调用lock()办法获取锁时，假如锁未被占用，则该线程会占用锁并持续履行；否则，该线程会进入堵塞状况，直到锁被开释。当一个线程调用unlock()办法开释锁时，会告诉等候行列中的其他线程持续尝试获取锁。

4）什么是可重入锁？

可重入锁指的是同一个线程在持有锁的状况下，能够再次获取该锁，而不会导致死锁。Synchronized和ReentrantLock都是可重入锁。可重入锁经过记载持有锁的线程和重入次数，来防止死锁的产生。

5）ReentrantLock为什么比Synchronized更灵敏？

ReentrantLock比Synchronized更灵敏首要因为它供给了以下功能：

  • 能够指定公正锁或非公正锁。
  • 支撑获取锁的超时时刻。
  • 支撑可中止的获取锁操作。
  • 能够经过tryLock()办法尝试获取锁，假如锁现已被占用，则返回false。
  • 支撑多个Condition目标，能够让线程在不同的条件下等候和唤醒。

6）什么是锁自旋？

锁自旋是一种优化锁竞争的技能，它用于削减线程在获取锁时的等候时刻。当一个线程请求获取某个目标的锁时，假如此时锁现已被其他线程占用，那么该线程会进入堵塞状况等候锁的开释。而运用锁自旋技能，线程在发现锁被其他线程占用时，并不会当即进入堵塞状况，而是履行一段循环代码（称为自旋），等候锁的持有者开释锁。

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