synchronized的原理以及与ReentrantLock的区别

synchronized关键字和ReentrantLock都是Java中用来实现线程同步的重要机制，它们都允许在一个多线程环境中保护临界区，确保同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。下面我们将分别探讨这两种机制的原理及其区别。

synchronized的关键字原理

synchronized关键字可以修饰方法或者同步块，在JVM层面实现了互斥锁的语义。当一个线程试图访问synchronized方法或同步块时，它会尝试获取对应的锁。一旦获取到锁，其他线程就无法再获取此锁，直到第一个线程释放锁为止。

1. 对象锁：

   • 当synchronized修饰一个实例方法时，锁住的是该对象的实例。
   • 当synchronized修饰一个静态方法时，锁住的是该类的类对象锁。

2. 监视器锁：

   • 每个Java对象都可以作为锁，称为监视器锁。
   • 当一个线程进入synchronized代码块时，会获取对应的监视器锁；当线程退出时，会释放该锁。
   • 监视器锁具有可重入性，这意味着同一个线程可以多次获取同一个锁。

3. 实现细节：

   • 在JVM层面，synchronized关键字通过操作对象头中的Mark Word来实现。
   • Mark Word中包含对象的哈希码、GC分代年龄、锁标志位等信息。
   • 根据锁的状态（无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁），Mark Word会动态改变其存储的内容以适应不同的场景。

ReentrantLock的原理

ReentrantLock是一个显式的锁，它不是通过编译器自动实现的，而是需要程序员手动地去加锁和解锁。ReentrantLock提供了比synchronized更多的灵活性，比如公平性和非公平性的选择、尝试锁、条件变量等。

1. 可重入性：

   • ReentrantLock同样支持可重入性，即一个已经获取锁的线程可以再次获取该锁而不阻塞。

2. 公平性：

   • ReentrantLock提供了公平锁和非公平锁的选择。公平锁按照线程请求锁的顺序来获取锁，而非公平锁则可能让后来的线程先获取锁。

3. 尝试锁：

   • ReentrantLock允许尝试获取锁而不立即阻塞。如果锁不可用，可以选择等待一定的时间后返回。

4. 条件变量：

   • ReentrantLock通过Condition接口提供了条件变量的支持，这使得线程可以等待某个条件成立后再继续运行。

synchronized与ReentrantLock的区别

1. 语法：

   • synchronized不需要手动获取和释放锁，由编译器和JVM自动管理。
   • ReentrantLock需要程序员明确地调用lock()和unlock()方法来获取和释放锁。

2. 灵活性：

   • synchronized相对简单且易于使用，但提供的功能较少。
   • ReentrantLock提供了更高级的功能，如公平锁、非公平锁、尝试锁等。

3. 性能：

   • 在某些情况下，ReentrantLock可以提供更好的性能，尤其是在需要使用高级功能时。
   • synchronized在JDK 1.6之后也进行了优化，例如引入了偏向锁和轻量级锁等机制，使得在某些情况下性能甚至优于ReentrantLock。

4. 异常处理：

   • 使用synchronized时，如果线程因为异常而退出同步块，锁会自动释放。
   • 使用ReentrantLock时，如果线程因为异常而退出，需要通过try-finally结构来确保锁被释放。

5. 可见性和原子性：

   • synchronized不仅提供了互斥性，还隐式提供了内存可见性和有序性保证。
   • ReentrantLock仅提供互斥性，对于可见性和有序性需要额外的同步机制（如volatile和happens-before规则）。

结论

synchronized和ReentrantLock各有优势，选择哪一个取决于具体的使用场景。如果你需要更高级的控制能力，比如公平锁或尝试锁，那么ReentrantLock可能是更好的选择。如果你想要简单快速地实现同步，并且不关心额外的高级特性，那么synchronized就足够了。