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目录
- 引言
- 同步机制简介
- Synchronized
- ReentrantLock
- 区别分析
- 可中断性
- 公平性
- 条件变量
- 性能比较
- Java 8 的新特性
- 面试题解析
- 什么时候使用 ReentrantLock 而不是 synchronized?
- ReentrantLock 的可重入性是什么意思?
- 什么是乐观读锁?StampedLock 有什么优势?
- 总结
引言
在Java多线程编程中,确保线程安全是至关重要的。为了实现线程的同步和协作,Java提供了多种同步机制,其中最常见的是使用 synchronized
关键字和 ReentrantLock
类。这两者在实现线程安全的同时,也存在着一些区别。本文将深入讨论这两种同步机制的差异,并结合 Java 8 的特性,解析它们在常见面试题中的应用。
同步机制简介
Synchronized
synchronized
是Java中最早引入的同步机制,通过对方法或代码块加锁来确保多线程环境下的数据一致性。它使用起来简单,不需要手动释放锁,JVM会自动管理。
public synchronized void synchronizedMethod() {// 同步代码块// ...
}
ReentrantLock
ReentrantLock
是Java 5 中引入的同步机制,相较于 synchronized
,它提供了更灵活的锁定方式。通过显式地获取锁和释放锁,程序员可以更精细地控制同步操作。此外,ReentrantLock
还支持可重入性,即一个线程可以多次获取同一个锁。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class MyLock {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void lockedMethod() {lock.lock();try {// 同步代码块// ...} finally {lock.unlock();}}
}
区别分析
可中断性
一个显著的区别是 ReentrantLock
支持中断等待锁的线程,而 synchronized
不支持。在 ReentrantLock
中,线程可以通过 lockInterruptibly
方法等待锁,如果其他线程中断了当前线程,它可以响应中断而不是一直等待。
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void interruptibleMethod() throws InterruptedException {lock.lockInterruptibly();try {// 同步代码块// ...} finally {lock.unlock();}
}
公平性
ReentrantLock
可以选择是否公平地获取锁,而 synchronized
是非公平的。在公平模式下,等待时间最长的线程会优先获得锁。在非公平模式下,线程有一定几率在等待队列为空时插队成功。
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁
ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock(); // 非公平锁
条件变量
ReentrantLock
提供了 Condition
接口,可以通过 newCondition
方法创建多个条件变量,用于在不同的情况下等待或唤醒线程。而 synchronized
只能通过 Object
的 wait
、notify
和 notifyAll
方法来实现简单的线程协作,缺乏 ReentrantLock
中的灵活性。
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();public void awaitSignal() throws InterruptedException {lock.lock();try {condition.await();} finally {lock.unlock();}
}public void sendSignal() {lock.lock();try {condition.signal();} finally {lock.unlock();}
}
性能比较
在 Java 5 之前,synchronized
的性能较差,但在 Java 6 及以后的版本中,对 synchronized
进行了优化,性能已经有了很大的提升。一般来说,在性能上,synchronized
与 ReentrantLock
的差距并不明显。在选择使用时,更应该考虑到代码的可读性和维护性。
Java 8 的新特性
Java 8 引入了函数式编程的特性,同时也对并发编程做出了一些改进。其中一个显著的改变是引入了新的 StampedLock
类,它是 ReentrantLock
的进一步扩展,提供了乐观锁机制,使得在读多写少的场景下性能更优。
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class MyStampedLock {private final StampedLock lock = new StampedLock();public void read() {long stamp = lock.tryOptimisticRead();// 乐观读操作if (!lock.validate(stamp)) {// 如果发生了写操作,则使用悲观读锁stamp = lock.readLock();try {// 悲观读操作} finally {lock.unlockRead(stamp);}}}public void write() {long stamp = lock.writeLock();try {// 写操作} finally {lock.unlockWrite(stamp);}}
}
面试题解析
什么时候使用 ReentrantLock 而不是 synchronized?
- 需要支持可中断等待: 如果你的线程需要响应中断而不是一直等待锁,那么
ReentrantLock
是更好的选择。 - 需要尝试获取锁:
ReentrantLock
提供了tryLock
方法,可以尝试获取锁而不一直等待,可以用于避免死锁。 - 需要选择公平性: 如果你需要控制线程获取锁的顺序,可以选择
ReentrantLock
的公平锁或非公平锁。
ReentrantLock 的可重入性是什么意思?
可重入性是指同一个线程在持有锁的情况下,能够再次获取这个锁而不发生死锁。ReentrantLock
和 synchronized
都是可重入的,这使得线程可以递归地调用同步方法或同步代码块。
什么是乐观读锁?StampedLock 有什么优势?
乐观读锁是 StampedLock
引入的特性,它允许多个线程同时读取共享资源,而不会阻塞写锁。如果在乐观读锁期间没有写锁被获取,读操作可以立即进行。当然,如果写锁被获取,就需要转为悲观读锁。
StampedLock
的优势在于在读多写少的场景下性能更优,因为它允许多个线程同时读取,而不阻塞彼此。
总结
在Java 8中,ReentrantLock
和 synchronized
依然是同步机制中的主流选择。选择使用哪一种取决于具体的需求和场景。总体而言,synchronized
在简单场景下易用性更高,而 ReentrantLock
则在一些复杂场景下提供了更多的灵活性和控制权。
对于面试而言,了解这两者的区别、使用场景以及新特性,可以展现出对多线程编程深入理解的能力,为应对面试中的技术问题提供有力支持。在实际应用中,结合业务需求和性能要求,选择适当的同步机制是至关重要的。