Java 8 中 ReentrantLock 与 Synchronized 的区别

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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

在这里插入图片描述

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 ObjectwaitnotifynotifyAll 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,synchronizedReentrantLock 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。ReentrantLocksynchronized 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,ReentrantLocksynchronized 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。

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