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在 Java 并发编程中，锁（Lock）是保证线程安全的关键工具。本文将全面介绍 Java 的锁机制，包括 synchronized 关键字、Lock 接口及其实现、读写锁、乐观锁与悲观锁等，帮助新手理解 Java 并发控制。
1. Java 中的锁概述
锁（Lock）用于控制多个线程对共享资源的访问。不同的锁机制可以提供不同的性能、可重入性、公平性和可中断性等特性。
2. synchronized 关键字
synchronized 是 Java 内置的同步机制，依赖于 Java 虚拟机（JVM）实现。
2.1 用法示例
public class SynchronizedExample {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}
}
在上述示例中，increment 方法是同步方法，多个线程调用时会自动加锁，保证 count 变量的线程安全。
2.2 synchronized 作用范围
- 同步实例方法：锁住当前实例（
this）。 - 同步静态方法：锁住类对象（
Class）。 - 同步代码块：可以锁定特定对象，提高并发性。
public void method() {synchronized (this) {// 代码块}
}
2.3 synchronized 的特性
- 可重入性：一个线程获取锁后可以多次进入同步代码。
- 不可中断：线程获取锁后，其他线程只能等待。
- JVM 层面实现：使用
monitorenter和monitorexit指令。
3. Lock 接口（显式锁）
Lock 接口提供比 synchronized 更灵活的锁控制，主要实现类是 ReentrantLock。
3.1 ReentrantLock 用法
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class LockExample {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();private int count = 0;public void increment() {lock.lock();try {count++;} finally {lock.unlock();}}
}
3.2 ReentrantLock 特性
- 可重入性：和
synchronized类似，一个线程可以多次获得相同的锁。 - 可中断：支持
lockInterruptibly()方法，中断等待锁的线程。 - 公平锁和非公平锁：默认非公平锁，可选择公平锁保证线程按请求顺序获取锁。
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁
4. ReadWriteLock（读写锁）
ReadWriteLock 提供读锁（多个线程可读）和写锁（独占）。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class ReadWriteLockExample {private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();private int data = 0;public int read() {lock.readLock().lock();try {return data;} finally {lock.readLock().unlock();}}public void write(int value) {lock.writeLock().lock();try {data = value;} finally {lock.writeLock().unlock();}}
}
5. 乐观锁与悲观锁
5.1 悲观锁
认为竞争严重，每次访问资源都加锁（synchronized、Lock）。
5.2 乐观锁
认为竞争较少，使用 CAS（Compare And Swap） 机制，比如 AtomicInteger。
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicExample {private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public void increment() {count.incrementAndGet();}
}
6. StampedLock（改进的读写锁）
StampedLock 提供乐观读锁，提高并发性能。
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedLockExample {private final StampedLock lock = new StampedLock();private int data = 0;public int read() {long stamp = lock.tryOptimisticRead();int currentData = data;if (!lock.validate(stamp)) { // 检测数据是否被修改lock.readLock();try {currentData = data;} finally {lock.unlockRead(stamp);}}return currentData;}
}
7. ThreadLocal 变量
ThreadLocal 不是锁，而是让每个线程拥有自己的变量副本，避免锁竞争。
public class ThreadLocalExample {private static final ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);public void increment() {threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);}
}
8. 选择合适的锁
| 锁类型 | 特性 | 适用场景 |
|---|---|---|
synchronized | JVM 层面，简单易用 | 适合简单同步需求 |
ReentrantLock | 可中断、支持公平锁 | 适合需要高级控制的场景 |
ReadWriteLock | 读写分离，提高并发 | 读多写少的情况 |
StampedLock | 乐观读，提高性能 | 适合高并发读的场景 |
ThreadLocal | 线程私有，无锁 | 线程隔离数据 |
9. 总结
Java 提供了多种锁机制，每种锁都有其适用场景。synchronized 适用于简单同步，Lock 提供更多控制，ReadWriteLock 适用于读多写少的情况，StampedLock 提供乐观读锁以提高并发性能。此外，ThreadLocal 可用于无锁并发，避免数据竞争。