从synchronized到ReentrantLock_Java锁机制的演进与选择

1 引言

在Java并发编程中，锁机制是确保线程安全的关键。synchronized关键字和显式锁（如ReentrantLock）是两种常用的锁机制。本文将深入探讨这两种锁的工作原理、优缺点，并分析它们在不同场景下的最佳选择，帮助开发者做出明智的选择。

2 synchronized关键字详解

synchronized是Java中最基本的同步机制之一，它通过字节码指令实现，具有简单易用的特点。以下是synchronized的主要特点：

• 语法简单：可以直接应用于方法或代码块。
• 自动加锁与解锁：当线程进入同步代码块时自动加锁，退出时自动解锁。
• 可重入性：同一个线程可以多次获取同一把锁，不会导致死锁。
• 内置监视器锁：每个对象都有一个与之关联的监视器锁，synchronized关键字会隐式地使用这个锁。

public class SynchronizedExample {private int count = 0;// 同步方法public synchronized void increment() {count++;}// 同步代码块public void decrement() {synchronized (this) {count--;}}
}

内部工作原理

• 字节码指令：编译器会将synchronized转换为字节码指令monitorenter和monitorexit。
• 锁升级：JVM引入了偏向锁、轻量级锁和重量级锁的概念，以优化锁的性能。初始状态下，锁处于偏向状态，如果只有一个线程访问，则直接偏向该线程；如果有多个线程竞争，则升级为轻量级锁；进一步竞争则升级为重量级锁。

3 ReentrantLock详解

ReentrantLock是java.util.concurrent.locks包中的显式锁，提供了比synchronized更灵活的锁控制。以下是ReentrantLock的主要特点：

• 显式加锁与解锁：需要手动调用lock()和unlock()方法。
• 公平锁与非公平锁：可以选择是否启用公平锁策略，默认是非公平锁。
• 条件变量支持：可以通过Condition对象实现更细粒度的线程同步。
• 超时机制：支持带超时的锁尝试（tryLock(long timeout, TimeUnit unit)）。
• 中断响应：可以响应线程中断（lockInterruptibly()）。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class ReentrantLockExample {private int count = 0;private final Lock lock = new ReentrantLock();public void increment() {lock.lock(