1. 引言
在多線程編程中，我們經常需要確保某些代碼在同一時刻只由一個線程執行。這種機制通常叫做“互斥鎖”或“同步”。Java 提供了兩種主要的同步機制：synchronized 關鍵字和 Lock 接口。盡管它們的作用相似，都用于實現線程的同步，但在使用和功能上有一些顯著的區別。
本文將詳細對比 synchronized 和 Lock，幫助理解它們的區別和各自的適用場景。
2. synchronized 關鍵字
synchronized 是 Java 中實現線程同步的原生關鍵字，它的作用是確保某個方法或代碼塊在同一時刻只能由一個線程訪問。synchronized 的語法相對簡單，且直接嵌入到方法或代碼塊中。
2.1 基本用法
- 同步方法：
public synchronized void someMethod() {// 臨界區代碼
}
- 同步代碼塊：
public void someMethod() {synchronized (this) {// 臨界區代碼}
}
2.2 特性
- 隱式鎖：
synchronized自動為被同步的方法或代碼塊加上鎖，并在方法執行完后釋放鎖。 - 不能中斷： 在持有
synchronized鎖的線程執行過程中，其他線程不能中斷該線程，除非該線程主動釋放鎖。 - 只能鎖住對象： 鎖的對象是 JVM 中的對象引用，可以是
this，也可以是類對象（對于靜態方法）。 - 內置機制：
synchronized是 Java 的內置機制，在編譯時由 JVM 自動管理。
3. Lock 接口
Lock 是 Java 提供的一個接口，定義在 java.util.concurrent.locks 包中，屬于顯式鎖的實現。與 synchronized 相比，Lock 提供了更多的靈活性和控制，適合于更復雜的同步場景。
3.1 基本用法
Lock 的常用實現類是 ReentrantLock，使用時需要先創建 Lock 對象，然后手動獲取和釋放鎖。
Lock lock = new ReentrantLock();public void someMethod() {lock.lock();try {// 臨界區代碼} finally {lock.unlock();}
}
3.2 特性
- 顯式鎖： 與
synchronized不同，Lock鎖需要手動控制加鎖和解鎖。 - 可中斷：
Lock提供了帶有中斷響應的鎖獲取方法。例如，lock.lockInterruptibly()允許在等待鎖的時候響應中斷。 - 公平鎖：
ReentrantLock提供了公平性選項，可以保證鎖的獲取按照請求鎖的順序進行（即先來先得）。 - 可嘗試鎖：
Lock允許嘗試獲取鎖，而不是一直等待，方法如lock.tryLock()可以嘗試獲取鎖并返回是否成功。 - 讀寫鎖：
Lock還提供了ReadWriteLock接口，可以將鎖分為讀鎖和寫鎖，提升多線程并發的性能。
4. synchronized 與 Lock 的區別
4.1 鎖的類型和粒度
synchronized： 鎖住的是對象（實例對象或類對象）。在方法上使用時，鎖住的是方法所屬的對象。Lock： 鎖住的是一個顯式的鎖對象，通過lock.lock()方法來加鎖，因此可以精確控制鎖的范圍。
4.2 控制粒度和靈活性
synchronized： 鎖的控制較為簡單和粗糙，不能靈活控制線程的執行。Lock： 提供更多的控制方法（如lockInterruptibly()、tryLock()），支持中斷、超時和公平性等特性，控制靈活。
4.3 鎖的釋放
synchronized： 鎖的釋放是隱式的，在方法執行完后，JVM 自動釋放鎖，不需要顯式地調用unlock。Lock： 鎖的釋放是顯式的，必須手動調用unlock()，否則可能導致死鎖。
4.4 中斷和超時
synchronized： 無法響應中斷，一旦進入同步代碼塊或方法，線程就會一直等待，直到獲得鎖。Lock： 提供了lockInterruptibly()方法，可以響應中斷，線程可以在等待鎖的過程中被中斷。
4.5 性能和并發
synchronized： 在高并發情況下，synchronized的性能較差，尤其是鎖競爭激烈時，容易導致性能瓶頸。Lock： 由于其更靈活的特性，Lock在高并發下的表現往往優于synchronized，尤其是在需要公平鎖、嘗試鎖或讀寫鎖的情況下。
5. 使用場景
5.1 使用 synchronized 的場景
- 代碼簡潔，使用場景不復雜時，
synchronized是一個合適的選擇。 - 對于普通的互斥同步，使用
synchronized更簡潔，且由 JVM 自動管理鎖。
5.2 使用 Lock 的場景
- 需要更多控制的場景，如需要響應中斷、嘗試獲取鎖或實現公平鎖時，
Lock是更好的選擇。 - 需要在同一方法中多次加鎖并釋放鎖的場景，
Lock提供了更精細的控制。
6. 總結
| 特性 | synchronized | Lock |
|---|---|---|
| 鎖的類型 | 自動加鎖，對象鎖 | 顯式加鎖，可以是任何對象 |
| 鎖的釋放 | 自動釋放，無法中斷 | 必須手動釋放，支持中斷和超時 |
| 中斷響應 | 不支持 | 支持 |
| 鎖的公平性 | 不保證 | 可以選擇公平鎖 |
| 適用場景 | 代碼簡單的同步場景 | 高并發、需要更多控制的同步場景 |
通過對比可以看出，synchronized 適合簡單的同步需求，而 Lock 更適合復雜的多線程控制和高并發場景。根據具體的需求選擇合適的同步工具，能有效提高程序的效率和可維護性。
