死磕 java同步系列之ReentrantLock VS synchronized——结果可能跟你想

2024-12-07 技术教程

问题

（1）ReentrantLock有哪些优点？

（2）ReentrantLock有哪些缺点？

（3）ReentrantLock是否可以完全替代synchronized？

简介

synchronized是Java原生提供的用于在多线程环境中保证同步的关键字，底层是通过修改对象头中的MarkWord来实现的。

ReentrantLock是Java语言层面提供的用于在多线程环境中保证同步的类，底层是通过原子更新状态变量state来实现的。

既然有了synchronized的关键字来保证同步了，为什么还要实现一个ReentrantLock类呢？它们之间有什么异同呢？

ReentrantLock VS synchronized

直接上表格：（手机横屏查看更方便）

功能ReentrantLocksynchronized可重入支持支持非公平支持（默认）支持加锁/解锁方式需要手动加锁、解锁，一般使用try..finally..保证锁能够释放手动加锁，无需刻意解锁按key锁不支持，比如按用户id加锁支持，synchronized加锁时需要传入一个对象公平锁支持，new ReentrantLock(true)不支持中断支持，lockInterruptibly()不支持尝试加锁支持，tryLock()不支持超时锁支持，tryLock(timeout, unit)不支持获取当前线程获取锁的次数支持，getHoldCount()不支持获取等待的线程支持，getWaitingThreads()不支持检测是否被当前线程占有支持，isHeldByCurrentThread()不支持检测是否被任意线程占有支持，isLocked()不支持条件锁可支持多个条件，condition.await()，condition.signal()，condition.signalAll()只支持一个，obj.wait()，obj.notify()，obj.notifyAll()对比测试

在测试之前，我们先预想一下结果，随着线程数的不断增加，ReentrantLock（fair）、ReentrantLock（unfair）、synchronized三者的效率怎样呢？

我猜测应该是ReentrantLock（unfair）> synchronized > ReentrantLock（fair）。

到底是不是这样呢？

直接上测试代码：（为了全面对比，彤哥这里把AtomicInteger和LongAdder也拿来一起对比了）

public class ReentrantLockVsSynchronizedTest { public static AtomicInteger a = new AtomicInteger(0); public static LongAdder b = new LongAdder(); public static int c = 0; public static int d = 0; public static int e = 0; public static final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); public static final ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { System.out.println("-------------------------------------"); testAll(1, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(2, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(4, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(6, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(8, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(10, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(50, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(100, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(200, 100000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(500, 100000); System.out.println("-------------------------------------");// testAll(1000, 1000000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(500, 10000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(500, 1000); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(500, 100); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(500, 10); System.out.println("-------------------------------------"); testAll(500, 1); System.out.println("-------------------------------------"); } public static void testAll(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException { testAtomicInteger(threadCount, loopCount); testLongAdder(threadCount, loopCount); testSynchronized(threadCount, loopCount); testReentrantLockUnfair(threadCount, loopCount);// testReentrantLockFair(threadCount, loopCount); } public static void testAtomicInteger(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); for (int i = 0; i < threadCount; i++) { new Thread(() -> { for (int j = 0; j < loopCount; j++) { a.incrementAndGet(); } countDownLatch.countDown(); }).start(); } countDownLatch.await(); System.out.println("testAtomicInteger: result=" + a.get() + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start)); } public static void testLongAdder(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); for (int i = 0; i < threadCount; i++) { new Thread(() -> { for (int j = 0; j < loopCount; j++) { b.increment(); } countDownLatch.countDown(); }).start(); } countDownLatch.await(); System.out.println("testLongAdder: result=" + b.sum() + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start)); } public static void testReentrantLockFair(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); for (int i = 0; i < threadCount; i++) { new Thread(() -> { for (int j = 0; j < loopCount; j++) { fairLock.lock(); // 消除try的性能影响// try { c++;// } finally { fairLock.unlock();// } } countDownLatch.countDown(); }).start(); } countDownLatch.await(); System.out.println("testReentrantLockFair: result=" + c + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start)); } public static void testReentrantLockUnfair(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); for (int i = 0; i < threadCount; i++) { new Thread(() -> { for (int j = 0; j < loopCount; j++) { unfairLock.lock(); // 消除try的性能影响// try { d++;// } finally { unfairLock.unlock();// } } countDownLatch.countDown(); }).start(); } countDownLatch.await(); System.out.println("testReentrantLockUnfair: result=" + d + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start)); } public static void testSynchronized(int threadCount, int loopCount) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); for (int i = 0; i < threadCount; i++) { new Thread(() -> { for (int j = 0; j < loopCount; j++) { synchronized (ReentrantLockVsSynchronizedTest.class) { e++; } } countDownLatch.countDown(); }).start(); } countDownLatch.await(); System.out.println("testSynchronized: result=" + e + ", threadCount=" + threadCount + ", loopCount=" + loopCount + ", elapse=" + (System.currentTimeMillis() - start)); }}

运行这段代码，你会发现结果大大出乎意料，真的是不测不知道，一测吓一跳，运行后发现以下规律：

随着线程数的不断增加，synchronized的效率竟然比ReentrantLock非公平模式要高！

彤哥的电脑上大概是高3倍左右，我的运行环境是4核8G，java版本是8，请大家一定要在自己电脑上运行一下，并且最好能给我反馈一下。

彤哥又使用Java7及以下的版本运行了，发现在Java7及以下版本中synchronized的效率确实比ReentrantLock的效率低一些。

总结

（1）synchronized是Java原生关键字锁；

（2）ReentrantLock是Java语言层面提供的锁；

（3）ReentrantLock的功能非常丰富，解决了很多synchronized的局限性；

（4）至于在非公平模式下，ReentrantLock与synchronized的效率孰高孰低，彤哥给出的结论是随着Java版本的不断升级，synchronized的效率只会越来越高；

彩蛋

既然ReentrantLock的功能更丰富，而且效率也不低，我们是不是可以放弃使用synchronized了呢？

答：我认为不是。因为synchronized是Java原生支持的，随着Java版本的不断升级，Java团队也是在不断优化synchronized，所以我认为在功能相同的前提下，最好还是使用原生的synchronized关键字来加锁，这样我们就能获得Java版本升级带来的免费的性能提升的空间。