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Java中有哪些锁?

news 来源：原创 2025/5/8 15:09:45

1. `synchronized` 锁

作用：
synchronized 是 Java 最基础的锁机制，用于实现方法或代码块的同步，保证多线程环境下的原子性、可见性和有序性。

使用方式：

对象锁：修饰实例方法或代码块（锁对象为当前实例 this）。

public synchronized void method() { ... } // 实例方法锁
public void method() {synchronized (this) { ... }          // 代码块锁（对象锁）
}

类锁：修饰静态方法或代码块（锁对象为类的 Class 对象）。

public static synchronized void staticMethod() { ... } // 静态方法锁
public void method() {synchronized (MyClass.class) { ... } // 代码块锁（类锁）
}

特点：

隐式锁：自动获取和释放锁，无需手动管理。
可重入：线程可重复获取同一把锁。
非公平锁：默认抢占式获取锁，不保证等待时间长的线程优先获取。

适用场景：
简单同步需求，如单例模式的双重检查锁。

2. `ReentrantLock`（可重入锁）

作用：
ReentrantLock 是 java.util.concurrent.locks 包下的显式锁，提供比 synchronized 更灵活的锁控制。

使用方式：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void method() {lock.lock(); // 手动加锁try {// 临界区代码} finally {lock.unlock(); // 必须手动释放}
}

核心功能：

尝试非阻塞获取锁：tryLock()。
超时获取锁：tryLock(long timeout, TimeUnit unit)。
公平性选择：构造函数传入 true 实现公平锁（按等待顺序分配锁）。
条件变量：配合 Condition 实现线程间协调（如生产者-消费者模型）。

优缺点：

优点：灵活，支持中断、超时、公平锁。
缺点：需手动释放锁，编码不当易导致死锁。

适用场景：
需要复杂同步控制的场景，如多条件等待、锁超时处理。

3. `ReadWriteLock`（读写锁）

作用：
允许多个线程同时读，但写线程独占资源，适用于读多写少的场景。

实现类：ReentrantReadWriteLock。

使用方式：

ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();public void readData() {readLock.lock();try { ... } finally { readLock.unlock(); }
}public void writeData() {writeLock.lock();try { ... } finally { writeLock.unlock(); }
}

特点：

读共享：多个读线程可同时访问。
写独占：写线程获取锁时，禁止其他读/写操作。
锁降级：写锁可降级为读锁（反之不可）。

适用场景：
缓存系统、频繁读取但偶尔更新的数据结构。

4. `StampedLock`（Java 8+）

作用：
提供更灵活的读写锁控制，支持乐观读、悲观读、写锁三种模式，性能优于 ReadWriteLock。

使用方式：

StampedLock stampedLock = new StampedLock();// 乐观读（无锁）
long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead();
if (!stampedLock.validate(stamp)) { // 检查是否发生写操作stamp = stampedLock.readLock(); // 退化为悲观读try { ... } finally { stampedLock.unlockRead(stamp); }
}// 写锁
long writeStamp = stampedLock.writeLock();
try { ... } finally { stampedLock.unlockWrite(writeStamp); }

特点：

乐观读：假设没有写操作，通过 validate() 验证。
锁转换：支持读锁与写锁的转换（如 tryConvertToWriteLock()）。

适用场景：
读多写少且对性能要求极高的场景，但需谨慎处理锁转换逻辑。

5. 显式锁 vs 隐式锁

维度	显式锁（如 `ReentrantLock`）	隐式锁（`synchronized`）
锁获取方式	手动调用 `lock()` 和 `unlock()`	自动获取和释放
灵活性	支持超时、中断、公平锁、条件变量	仅支持非公平锁，无超时或中断机制
性能	高并发场景下更优	优化后性能接近显式锁（如锁升级机制）
代码复杂度	需手动管理，易出错	自动管理，代码简洁

6. 锁优化策略（JVM 对 `synchronized` 的优化）

偏向锁：
假设只有一个线程访问同步块，通过标记线程 ID 避免 CAS 操作。
适用场景：单线程重复访问同步代码。
轻量级锁：
当多线程竞争时，通过 CAS 自旋尝试获取锁（避免阻塞）。
适用场景：低竞争、同步块执行时间短。
重量级锁：
竞争激烈时，线程进入阻塞状态，依赖操作系统的互斥量（Mutex）管理。
适用场景：高竞争、同步块执行时间长。

锁升级流程：

无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁

7. 条件锁（`Condition`）

作用：
配合显式锁（如 ReentrantLock）使用，实现线程的等待/唤醒机制，类似 Object.wait() 和 Object.notify()，但更灵活。

使用方式：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();public void await() throws InterruptedException {lock.lock();try {condition.await(); // 释放锁并等待} finally { lock.unlock(); }
}public void signal() {lock.lock();try {condition.signal(); // 唤醒一个等待线程} finally { lock.unlock(); }
}

适用场景：
生产者-消费者模型、多条件线程协调。

8. 分布式锁

作用：
在分布式系统中协调多节点对共享资源的访问，防止并发冲突。

实现方式：

Redis：通过 SETNX（或 RedLock 算法）实现。

// 使用 Redisson 客户端
RLock lock = redisson.getLock("myLock");
lock.lock();
try { ... } finally { lock.unlock(); }

ZooKeeper：通过临时有序节点实现。
数据库：利用唯一索引或乐观锁（版本号）。

核心挑战：

死锁预防：设置锁超时时间。
容错性：避免单点故障（如 Redis 集群）。

总结

锁类型	核心特点	适用场景
synchronized	简单、自动管理，支持锁升级优化	简单同步需求
ReentrantLock	灵活，支持超时、公平锁、条件变量	复杂同步控制（如多条件等待）
ReadWriteLock	读写分离，读多写少场景性能更优	缓存、频繁读的数据结构
StampedLock	高性能，支持乐观读	极高并发读场景
分布式锁	跨进程、跨节点协调	分布式系统资源共享