⭐ 题目日期：

字节 - 2024/12/25

📝 题解：

在 Java 中，synchronized 和 ReentrantLock 是两种实现线程同步的核心工具，但它们在设计理念、功能和使用方式上有显著区别。以下是它们的对比和选型建议：

---

1. synchronized（隐式锁）

核心特性

• 语法简单：通过关键字修饰方法或代码块，JVM 自动管理锁的获取和释放。
• 可重入性：线程可以重复获取已持有的锁。
• 非公平锁：默认抢占式获取锁，不保证等待时间长的线程优先获得锁。
• 异常自动释放：线程执行完同步代码或发生异常时，JVM 自动释放锁。
• 优化机制：JDK 6 后引入偏向锁、轻量级锁、重量级锁等优化，性能大幅提升。

使用方式

// 修饰代码块
public void method() {
    synchronized (lockObject) {
        // 同步代码
    }
}

// 修饰实例方法（锁对象是当前实例）
public synchronized void method() { ... }

// 修饰静态方法（锁对象是当前类的 Class 对象）
public static synchronized void staticMethod() { ... }

---

2. ReentrantLock（显式锁）

核心特性

• 显式控制：需手动调用 lock() 和 unlock()，通常结合 try-finally 确保释放。
• 可重入性：与 synchronized 相同，支持重复获取锁。
• 支持公平锁：构造函数可指定是否为公平锁（默认非公平）。
• 高级功能：
  • 可中断锁：lockInterruptibly() 允许在等待锁时响应中断。
  • 超时获取锁：tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 避免无限等待。
  • 条件变量：通过 newCondition() 创建多个条件队列，实现精细的线程等待/唤醒（如生产者-消费者模型）。

使用方式

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void method() {
    lock.lock();
    try {
        // 同步代码
    } finally {
        lock.unlock(); // 必须确保释放锁
    }
}

---

3. 关键区别总结

特性	synchronized	ReentrantLock
锁的获取与释放	JVM 自动管理	需手动调用 lock() 和 unlock()
公平性	仅支持非公平锁	支持公平锁和非公平锁
功能扩展	基础功能	支持可中断、超时、条件变量等高级功能
性能	JDK 6+ 优化后接近显式锁	高并发竞争时可能更优
代码复杂度	简单	需显式管理，易出错（如忘记释放锁）
异常处理	自动释放锁	需在 finally 块中手动释放

---

4. 选型建议

优先选择 synchronized 的场景

1. 简单同步需求：如基本的临界区保护，无需高级功能。
2. 代码简洁性：避免手动管理锁，减少编码错误。
3. 性能敏感但低竞争：在低并发或无激烈锁竞争时，synchronized 的 JVM 优化可能更高效。

优先选择 ReentrantLock 的场景

1. 需要高级功能：
   • 可中断锁：避免死锁（如等待锁时响应外部中断）。
   • 超时机制：防止线程长时间阻塞。
   • 公平锁：减少线程饥饿问题。
2. 复杂同步逻辑：
   • 使用条件变量（Condition）实现多条件等待（如 await()/signal()）。
   • 需要同时持有多个锁（如通过 tryLock 按顺序获取）。
3. 高竞争环境：在极端高并发场景下，ReentrantLock 的非公平模式可能提供更高吞吐量。

---

5. 示例对比

场景：可中断的锁等待

// 使用 ReentrantLock 的可中断特性
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void performTask() throws InterruptedException {
    try {
        lock.lockInterruptibly(); // 可中断的锁获取
        // 同步代码
    } finally {
        if (lock.isHeldByCurrentThread()) {
            lock.unlock();
        }
    }
}

// 使用 synchronized 无法直接中断等待锁的线程
public synchronized void performTask() {
    // 同步代码（无法响应中断）
}

场景：条件变量（生产者-消费者模型）

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition notFull = lock.newCondition();
Condition notEmpty = lock.newCondition();

// 生产者
public void produce() {
    lock.lock();
    try {
        while (queue.isFull()) {
            notFull.await(); // 等待队列非满
        }
        queue.add(item);
        notEmpty.signal(); // 唤醒消费者
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

---

6. 注意事项

• 避免死锁：无论是 synchronized 还是 ReentrantLock，需确保锁的获取顺序一致。
• 性能权衡：在大多数场景下，synchronized 已足够高效；仅在需要高级功能或极端性能优化时使用 ReentrantLock。
• 资源泄漏：使用 ReentrantLock 时务必在 finally 块中释放锁。

---

总结

• synchronized：简洁、安全，适合大多数基础同步场景。
• ReentrantLock：灵活、功能强大，适合复杂同步需求或需要精细控制的场景。

根据具体需求选择工具：优先使用 synchronized，在需要高级功能时转向 ReentrantLock。