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4.Java面试题之lock 和 synchronized 区别

news 2025/11/30 3:16:14

Lock 和 synchronized 都是 Java 中用于实现线程同步的机制，但它们有一些重要的区别。我将通过代码示例来详细介绍这些区别。

1. 实现方式

synchronized 是 Java 的关键字，由 JVM 实现，而 Lock 是一个接口，需要手动实现。

synchronized 示例：

public class SynchronizedExample {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}
}

Lock 示例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class LockExample {private int count = 0;private Lock lock = new ReentrantLock();public void increment() {lock.lock();try {count++;} finally {lock.unlock();}}
}

2. 灵活性

Lock 提供了更多的灵活性，例如尝试获取锁、可中断锁等。

尝试获取锁：

public boolean incrementIfPossible() {if (lock.tryLock()) {try {count++;return true;} finally {lock.unlock();}}return false;
}

可中断锁：

public void incrementInterruptibly() throws InterruptedException {lock.lockInterruptibly();try {count++;} finally {lock.unlock();}
}

3. 公平性

ReentrantLock 可以设置为公平锁，而 synchronized 只能是非公平锁。

private Lock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁

4. 条件变量

Lock 可以绑定多个条件变量（Condition），而 synchronized 只能与一个隐含的条件变量（通过 wait/notify/notifyAll）关联。

class BoundedBuffer {final Lock lock = new ReentrantLock();final Condition notFull  = lock.newCondition(); final Condition notEmpty = lock.newCondition(); final Object[] items = new Object[100];int putptr, takeptr, count;public void put(Object x) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == items.length)notFull.await();items[putptr] = x;if (++putptr == items.length) putptr = 0;++count;notEmpty.signal();} finally {lock.unlock();}}public Object take() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == 0)notEmpty.await();Object x = items[takeptr];if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;--count;notFull.signal();return x;} finally {lock.unlock();}}
}

5. 性能

在低竞争的情况下，synchronized 可能会比 Lock 性能更好，因为 JVM 可以对 synchronized 进行优化。但在高竞争的情况下，Lock 通常能提供更好的性能。

6. 锁的状态

使用 Lock，我们可以查询锁的状态：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
System.out.println("Is locked: " + lock.isLocked());
System.out.println("Is held by current thread: " + lock.isHeldByCurrentThread());
System.out.println("Queue length: " + lock.getQueueLength());

7. 读写锁

Lock 框架提供了读写锁的实现，而 synchronized 没有：

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;class ReadWriteMap<K, V> {private final Map<K, V> map;private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();private final Lock r = lock.readLock();private final Lock w = lock.writeLock();public ReadWriteMap(Map<K, V> map) {this.map = map;}public V put(K key, V value) {w.lock();try {return map.put(key, value);} finally {w.unlock();}}public V get(K key) {r.lock();try {return map.get(key);} finally {r.unlock();}}
}

8. 锁升级

synchronized 支持锁的自动升级（偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁），而 Lock 不支持。
这是 Java SE 6 引入的一项重要优化,目的是提高 synchronized 在不同并发环境下的性能。
synchronized 的锁有四种状态,会随着竞争情况逐渐升级。这四种状态是:

无锁状态
偏向锁
轻量级锁
重量级锁

下面我们详细介绍每种状态及其升级过程:

无锁状态

这是对象的初始状态。当一个对象刚被创建时,它处于无锁状态。

偏向锁

当一个线程第一次获得这个对象的锁时,会将这个线程的 ID 记录在对象的 Mark Word 中。这样,当这个线程再次请求这个对象的锁时,可以直接获得,而无需进行任何同步操作。

public class BiasedLockingExample {private static Object lock = new Object();public static void main(String[] args) {synchronized (lock) {System.out.println("First acquisition");}// 再次获取锁,此时应该是偏向锁synchronized (lock) {System.out.println("Second acquisition");}}
}

在这个例子中,第二次获取锁时,由于是同一个线程,所以可以直接获得偏向锁,无需其他同步操作。

轻量级锁

当有另一个线程尝试获取这个锁时,偏向锁就会升级为轻量级锁。轻量级锁使用 CAS (Compare and Swap) 操作来获取锁。

public class LightweightLockingExample {private static Object lock = new Object();public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {System.out.println("Thread 1");}});Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {System.out.println("Thread 2");}});t1.start();t2.start();}
}

在这个例子中,两个线程都尝试获取同一个锁,这会导致偏向锁升级为轻量级锁。

重量级锁

如果多个线程同时竞争锁,轻量级锁就会升级为重量级锁。重量级锁会使用操作系统的互斥量来实现同步。

public class HeavyweightLockingExample {private static Object lock = new Object();public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(() -> {synchronized (lock) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquired lock");try {Thread.sleep(100);  // 模拟持有锁一段时间} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}}
}