💡 前言

在多線程并發編程中，線程安全問題始終是開發者需要重點關注的核心內容之一。Java 提供了多種機制來實現同步控制，其中最常用的兩種方式是：

• 使用 synchronized 關鍵字
• 使用 java.util.concurrent.locks.Lock 接口（如 ReentrantLock）

雖然兩者都能實現線程同步功能，但它們在使用方式、靈活性、可擴展性以及性能優化方面存在顯著差異。

本文將從底層原理、語法結構、使用場景、優缺點、最佳實踐等多個維度對 synchronized 和 Lock 進行全面深入的解析，并通過大量代碼示例幫助你更好地理解它們之間的區別與聯系。

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📌 一、synchronized 關鍵字詳解

1. 基本概念

synchronized 是 Java 內置的關鍵字，用于保證多個線程對共享資源訪問時的互斥性和可見性。它可以修飾方法或代碼塊，確保同一時刻只有一個線程可以執行被同步的代碼。

2. 使用方式

（1）修飾實例方法

public synchronized void method() {// 同步整個方法體
}

此時鎖對象是當前類的實例（即 this）。

（2）修飾靜態方法

public static synchronized void staticMethod() {// 同步靜態方法
}

此時鎖對象是當前類的 Class 對象（即 ClassName.class）。

（3）修飾代碼塊（推薦）

public void method() {synchronized (this) {// 同步代碼塊}
}

更靈活，可以指定任意對象作為鎖，推薦使用這種方式以減少鎖定范圍。

3. 特性總結

特性	描述
自動釋放鎖	JVM 在同步塊執行結束后自動釋放鎖
不可中斷	等待獲取鎖的線程無法被中斷
非公平鎖	多個線程競爭時，不保證先等待的線程優先獲得鎖
可重入性	支持同一個線程多次獲取同一把鎖

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🔑 二、Lock 接口詳解（以 ReentrantLock 為例）

1. 基本概念

Lock 是 Java 5 引入的一個接口，位于 java.util.concurrent.locks 包下。常見的實現類有：

• ReentrantLock：可重入鎖
• ReadWriteLock：讀寫分離鎖（實現類為 ReentrantReadWriteLock）

相比 synchronized，Lock 更加靈活和強大，提供了更多高級功能。

2. 使用方式

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // 手動加鎖
try {// 臨界區邏輯
} finally {lock.unlock(); // 必須放在 finally 塊中釋放鎖
}

?? 注意：必須手動調用 unlock()，否則可能導致死鎖！

3. 核心特性

特性	描述
手動管理鎖	需要顯式調用 lock() 和 unlock()
可中斷等待	支持線程在等待鎖的過程中響應中斷（lockInterruptibly()）
超時獲取鎖	支持嘗試獲取鎖并設置超時時間（tryLock(long time, TimeUnit unit)）
公平鎖/非公平鎖	構造函數可選擇是否啟用公平鎖
條件變量支持	提供 Condition 接口，實現更細粒度的線程通信

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🤔 三、synchronized 與 Lock 的核心區別對比表

功能	synchronized	Lock
加鎖方式	自動加鎖、解鎖	手動加鎖、解鎖
鎖類型	非公平鎖	可選公平/非公平
可中斷	? 不支持	? 支持
超時機制	? 不支持	? 支持
嘗試獲取鎖	? 不支持	? 支持
條件變量	? 不支持	? 支持
性能優化	JDK 1.6+ 已優化	更適合高并發場景
適用場景	簡單同步需求	復雜并發控制場景

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🎯 四、使用場景對比與建議

場景	推薦使用	說明
簡單方法或代碼塊同步	synchronized	實現簡單，無需手動釋放鎖
高并發、復雜同步控制	Lock	提供更多控制選項，如公平鎖、嘗試鎖等
需要線程中斷響應	Lock	synchronized 不支持中斷等待
需要條件變量配合	Lock	Condition 可替代傳統的 wait/notify
需要超時獲取鎖	Lock	tryLock() 方法非常實用

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🧪 五、實戰案例分析

案例 1：帶超時的鎖獲取（適用于防止死鎖）

Lock lock = new ReentrantLock();boolean isLocked = false;
try {isLocked = lock.tryLock(3, TimeUnit.SECONDS);if (isLocked) {try {// 執行業務邏輯} finally {lock.unlock();}} else {System.out.println("未能在3秒內獲取到鎖");}
} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();System.out.println("線程被中斷");
}

案例 2：使用 Condition 實現生產者-消費者模型

class BoundedQueue {private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition notFull = lock.newCondition();private final Condition notEmpty = lock.newCondition();private final Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();private final int capacity;public BoundedQueue(int capacity) {this.capacity = capacity;}public void put(int value) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {notFull.await(); // 等待隊列不滿}queue.add(value);notEmpty.signal(); // 喚醒消費者} finally {lock.unlock();}}public int take() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (queue.isEmpty()) {notEmpty.await(); // 等待隊列不空}return queue.poll();} finally {lock.unlock();}}
}

🧠 六、底層原理簡析（進階）

1. synchronized 的底層實現

在 JVM 層面，synchronized 是基于 Monitor（監視器）機制實現的。每個 Java 對象都關聯一個 Monitor，當線程進入同步塊時，會嘗試獲取該對象的 Monitor，成功則進入，失敗則阻塞。

JVM 對其進行了多項優化，包括：

• 偏向鎖（Biased Locking）
• 輕量級鎖（Lightweight Locking）
• 自旋鎖（Spin Lock）
• 鎖粗化（Lock Coarsening）
• 鎖消除（Lock Elimination）

這些優化使得 synchronized 在現代 JVM 上表現優異。

2. ReentrantLock 的底層實現

ReentrantLock 底層依賴于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）框架，是一個基于 CLH（Craig, Landin, and Hagersten）隊列的同步工具。

它通過 CAS（Compare and Swap）操作和 volatile 變量實現線程安全，具有更高的可控性和靈活性。

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🛠? 七、最佳實踐與注意事項

建議	說明
優先考慮 synchronized	如果只是簡單的同步，優先使用 synchronized，避免復雜代碼
Lock 放在 finally 中釋放	防止因異常導致死鎖
使用 tryLock() 防止死鎖	在某些情況下，嘗試獲取鎖比無限等待更合理
避免嵌套鎖	容易引發死鎖，應盡量避免或使用工具檢測
選擇公平鎖需謹慎	公平鎖雖然保證順序，但可能帶來性能損耗
使用 Condition 替代 wait/notify	更清晰、線程安全

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📘 八、總結

項目	synchronized	Lock
是否內置	? 是	? 否
使用難度	簡單	復雜
控制粒度	粗	細
功能豐富度	一般	強大
性能表現	好	更好（高并發）
推薦用途	初學者、簡單同步	高級用戶、復雜并發控制

在實際開發中，兩者各有優勢，選擇哪一個取決于具體的應用場景和團隊技術棧。對于大多數中小型項目，synchronized 已經足夠；而在需要更高并發控制能力的場景下，Lock 更具優勢。

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