synchronized与Lock对比

简要回答

• synchronized：是基于JVM的内置锁，只能用于方法和代码块，需要与wait() 和notify()/notifyAll() 方法一起使用，用于线程等待和通知。
• lock：是接口，Java提供的显式锁机制，需要手动获取和释放锁，更加灵活，支持响应中断、设置锁的公平性等，与Condition接口结合可以实现更细粒度的线程等待和通知机制。
• ReentrantLock：是Lock接口的一个具体实现类，拥有Lock的特性。

详细回答

• 相同点：
  • 他们都是可重入锁，同一个线程可以多次获取同一个锁。
• 不同点：
  • synchronized和lock（以ReentrantLock为例）
  1. 公平性：synchronized是非公平锁，ReentrantLock支持公平性设置。
  2. 中断响应：synchronized不支持响应中断，ReentrantLock支持响应中断，即线程在等待锁时可以中断。
  3. 等待与通知：synchronized不支持绑定多个条件，只能与wait()和notify()/notifyAll()方法一起使用，实现线程等待与通知。ReentrantLock可以与多个Condition对象结合，实现复杂的线程同步机制。
  4. 实现原理：synchronized通过互斥锁保证共享数据不会被访问，ReentrantLock通过AQS来实现。
  5. 操作锁方式：synchronized是隐式锁，线程进入/退出代码时JVM自动获取释放锁，ReentrantLock是显式锁，必须手动调用lock()/unlock()方法。
  6. 性能：ReentrantLock可以提供更细粒度的控制和灵活性，性能高于synchronized。

使用场景

锁	适用场景	优势
synchronized	简单、低并发	无需手动管理
Lock	作为接口，不直接使用	定义锁的操作规范
ReentrantLock	复杂同步场景、高并发	支持中断、超时、公平性选择

代码示例

1. ReentrantLock中断特性

// 线程1先获取锁并持有
Thread t1 = new Thread(() -> {
    lock.lock();
    try { Thread.sleep(5000); } // 持有锁5秒
    finally { lock.unlock(); }
});
t1.start();
Thread.sleep(100); // 确保t1先拿到锁

// 线程2尝试获取锁，1秒后被中断
Thread t2 = new Thread(() -> {
    try {
        // 可中断地获取锁
        lock.lockInterruptibly();
        System.out.println("t2获取到锁");
        lock.unlock();
    } catch (InterruptedException e) {
        System.out.println("t2被中断，放弃等待"); // 预期执行
    }
});
t2.start();
Thread.sleep(1000); // 等待1秒后中断t2
t2.interrupt();

2. ReentrantLock超时特性

// 线程1先获取锁并持有3秒
new Thread(() -> {
    lock.lock();
    try { Thread.sleep(3000); }
    finally { lock.unlock(); }
}).start();
Thread.sleep(100);

// 线程2尝试获取锁，设置最多等2秒
new Thread(() -> {
    try {
        // 超时获取锁（2秒）
        boolean success = lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS);
        if (success) {
            System.out.println("t2获取到锁");
            lock.unlock();
        } else {
            System.out.println("t2等待超时，放弃"); // 预期执行
        }
    }catch(){...}
}).start();

知识图解

1. AQS获取锁
2. AQS释放锁

知识扩展

1. 扩展：

• AQS：
  • 是一个用于构建锁和同步容器的框架，ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等都基于AQS构建。
  • 使用一个volatile int变量state表示同步状态，内部维护一个CLH变体双向队列（FIFO）管理等待线程。
    • 当线程竞争同步状态失败时会被封装成节点加入阻塞队列，当同步状态释放时，会把节点中的线程唤醒，使其再次获取同步状态。
  • AQS有独占锁和共享锁两种资源共享方式，AQS对于独占模式有一个独占线程标记，记录当前持有锁的线程，实现可重入。

2. 面试官可能追问:

• Q1：CAS和AQS有什么关系？
  • CAS：一种乐观锁机制，即尝试修改，若条件不符合则不做操作，满足原子性。
  • AQS内部会使用CAS操作更新state变量实现线程安全的状态修改。线程获取资源时使用CAS操作更新值，线程释放资源时会使用CAS操作恢复state的值，保证状态更新的原子性。
• Q2：高并发下，synchronized 的重量级锁和 ReentrantLock 的性能差异主要来自哪里？
  • synchronized重量级锁依赖Monitor结构，线程阻塞/唤醒开销大，ReentrantLock在高并发下通过AQS的自旋和CLH队列减少内核态切换。
• Q3：ReentrantLock的公平锁和非公平锁哪个性能好？
  • 公平锁需要按照CLH队列顺序唤醒线程，可能会导致线程频繁阻塞/唤醒，非公平锁允许“线程插队”和刚释放锁的线程直接重入，避免一部分开销。