synchronized和lock的区别(底层实现)

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从使用的角度看 synchronized 和 lock 的区别

起初 java 中只有 synchronized 这一种对程序加锁的方式,在 java SE5 之后加入了 Lock 接口(以及相关实现类)用来实现锁的功能,它提供了与 synchronized 关键字类似的同步功能,只是在使用时需要显式的获取和释放锁。

Object lock = new Object();
synchronized(lock) { //加锁
    //... 逻辑 ...
} //解锁


Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); //加锁
try {
    //... 逻辑 ...
} finally {
    lock.unlock(); //解锁
}

可以说 synchronized 是一种更简单的同步化管理,而使用 lock 可以对同步程序有更自由的控制,实现更复杂的功能,比方说有这样一个场景:先获取锁 A ,再获取锁 B,当获取锁 B 后,释放锁 A 同时获取锁 C,获取锁 C 后,再释放 B 同时获取 D。这种场景用 synchronized 是无法实现的,但是用 lock 可以实现。

从实现的角度看 synchronized 和 lock 的区别

虽然 synchronized 与 lock 的功能都是对程序加锁和解锁,但是它们的实现方式完全不同,我觉得这可能与历史原因有关,因为刚开始 java 是没有 lock 的,如果它们是同时被发明的话,我猜可能 lock 就是 synchronized 的底层实现了(大胆胡说)。

既然都是锁,那锁住的是什么呢?是如何标记的呢?

synchronized
synchronized 锁住的是普通对象或类对象(http://www.importnew.com/21866.html 不了解可以先看这篇),当一个对象被锁时,就在它的对象头中进行一个标记,在 jvm 堆中的每个对象都有对象头,就像 http 的头部一样,存着一些通用的必要信息,其中名为 MarkWord 的一部分信息就是用来记录锁相关信息的,当你对一个对象加锁解锁时,就会对下图中锁状态这个标准位进行修改:

MarkWord储存结构

lock
lock 锁住的是 Lock 对象,当调用它的 lock 方法时,会将 Lock 类中的一个标志位 state 加 1(state 其实是 AbstractQueuedSynchronizer 这个类中的一个变量,它是 Lock 中一个内部类的父类),释放锁时是将 state 减 1(加 1 减 1 这样的操作是为了实现可重入),想要详细了解其中的细节可以看一看 ReentrantLock 这个类的源码。

当它们于到竞争时会如何处理?

synchronized
在 java 1.6 之前 synchronized 一直是重量级锁,无法获取到锁就直接挂起线程,但是在 1.6 之后为了优化 synchronized 的性能给它的锁加入了四种状态,无锁状态 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁(在 MarkWord 储存状态中就可以看到)

因为 jvm 的开发者发现在大部分情况下,锁都在被同一个线程反复加锁、解锁,所以就在一开始先假定锁一直都在被同一线程使用,将锁设置为偏向某一线程,再次获取时就不需要加解锁了。但是如果在设置 MarkWord 偏向锁线程ID时失败(底层用的是CAS操作,如果设置失败),那就将锁升级为轻量级锁,轻量级锁是假定在一个线程占有锁时,不会有其他线程来竞争,或即使来竞争也不需要等太长时间,所以当某一线程要获取的锁处于轻量级加锁状态时,会一直自旋等待(忙等待)而不是挂起线程,但是当等待时间超过一定时间后,就会将锁再次升级为重量级锁,并将当前线程阻塞挂起,当在有线程请求锁时,如果获取不到就直接阻塞挂起。

synchronized总结:

锁状态 假定情况 竞争处理策略
偏向锁 假定获取锁的一直都是同一个线程 升级为轻量锁
轻量级锁 假定锁被占用时不会有其他线程获取 自旋等待,超时升级
重量级锁 最坏情况,经常发生竞争 直接将要获取锁的线程挂起

ReentrantLock
ReentrantLock 在遇到竞争时有公平和非公平两种处理模式,在创建对象时可以指定。当线程要获取锁失败时,会将线程添加到一个由链表实现的队列尾部,依次选取队列头部的线程运行。非公平模式下,在还未将新来的线程添加到尾部时,如果当前没有正在运行的线程,就直接插队运行新线程了。而在公平模式下不允许这种插队发生。
对公平非公平的源码分析可以看https://blog.csdn.net/m47838704/article/details/80013056

最后的比较总结

. synchronized lock
使用策略 简单易用 需要注意的更多,也可以实现更复杂的功能
加锁方式 将普通对象与类对象做为锁 专门的 Lock 类对象作为锁
竞争解决 一系列的锁膨胀策略 加入排队队列
公平性 非公平 公平/非公平 两种模式可选
可重入性 可重入 可重入

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