Lock

  • 拥有锁获取与释放的可操作性、可中断的获取锁以及超时获取锁
Lock lock = new ReentrantLock();  
lock.lock();  
try {  
    // ..
} finally {
    lock.unlock();
}

Lock和Synchronized的对比和实现_Java

注意：在finally块中释放锁，目的是保证在获取到锁之后，最终能够被释放。不要将获取锁的过程写在try块中，因为如果在获取锁（自定义锁的实现）时发生了异常，异常抛出的同时，会提前进行unlock导致IllegalMonitorStateException异常。

Lock相较于Synchronized优劣势如下：

  • 优势
  1. 可中断获取锁：使用synchronized关键字获取锁的时候，如果线程没有获取到被阻塞了，那么这个时候该线程是不响应中断(interrupt)的，而使用Lock.lockInterruptibly()获取锁时被中断，线程将抛出中断异常。
  2. 可非阻塞获取锁：使用synchronized关键字获取锁时，如果没有成功获取，只有被阻塞，而使用Lock.tryLock()获取锁时，如果没有获取成功也不会阻塞而是直接返回false。
  3. 可限定获取锁的超时时间：使用Lock.tryLock(long time, TimeUnit unit)。

同一个所对象上可以有多个等待队列（Conditin，类似于Object.wait()，支持公平锁模式）。
Lock除了更多的功能之外，有一个很大的优势：synchronized的同步是jvm底层实现的，对一般程序员来说程序遇到出乎意料的行为的时候，除了查官方文档几乎没有别的办法；而显示锁除了个别操作用了底层的Unsafe类(LockSupport封装了Unsafe类)之外，几乎都是用java语言实现的，我们可以通过学习显示锁的源码，来更加得心应手的使用显示锁。

当然，Lock也不是完美的，否则java就不会保留着synchronized关键字了，显示锁的缺点主要有：

  • 劣势
  1. 使用比较复杂，这点之前提到了，需要手动加锁，解锁，而且还必须保证在异常状态下也要能够解锁。而synchronized的使用就简单多了。

Synchronized

Synchronized在JVM里的实现是基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步的。monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结束处和异常处，JVM要保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit与之配对。任何对象都有一个monitor与之关联，当且一个monitor被持有后，它将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor的所有权，即尝试获得对象的锁。

Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。Synchronized的作用主要有三个：（1）确保线程互斥的访问同步代码（2）保证共享变量的修改能够及时可见（3）有效解决重排序问题。从语法上讲，

Synchronized总共有三种用法：

（1）修饰普通方法

（2）修饰静态方法

（3）修饰代码块

Lock和Synchronized的对比和实现_Java_02

  • monitorenter
    每个对象有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：
    1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
    2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
    3.如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。
  • monitorexit
    执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。
    指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

通过这两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

synchronized用的锁是存在Java对象头里的。如果对象是数组类型，则虚拟机用3个字宽（Word）存储对象头，如果对象是非数组类型，则用2字宽存储对象头。

Lock和Synchronized的对比和实现_Java_03

​​关于Synchronized的实现原理​​

  • 锁升级
    Java 1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”，在Java SE 1.6中，锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。

锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略，目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

Lock和Synchronized的对比和实现_jvm_04

  • Synchronized的优劣势
  • 优势
  1. 使用方式简单，不需要人工解锁
  2. 效率已经经过优化，和lock的效率差不多了。
  • 劣势
  1. 不能灵活控制锁的加锁和解锁