ReentrantLock和synchronized两种锁定机制的对比

图 1 和图 2 中的图表以每秒调用数为单位显示了吞吐率，把不同的实现调整到 1 线程 synchronized 的情况。每个实现都相对迅速地集中在某个稳定状态的吞吐率上，该状态通常要求处理器得到充分利用，把大多数的处理器时间都花在处理实际工作（计算机随机数）上，只有小部分时间花在了线程调度开支上。您会注意到，synchronized 版本在处理任何类型的争用时，表现都相当差，而Lock 版本在调度的开支上花的时间相当少，从而为更高的吞吐率留下空间，实现了更有效的 CPU 利用。

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条件变量

根类 Object 包含某些特殊的方法，用来在线程的 wait() 、 notify() 和notifyAll() 之间进行通信。这些是高级的并发性特性，许多开发人员从来没有用过它们 —— 这可能是件好事，因为它们相当微妙，很容易使用不当。幸运的是，随着 JDK 5.0 中引入java.util.concurrent ，开发人员几乎更加没有什么地方需要使用这些方法了。

通知与锁定之间有一个交互 —— 为了在对象上 wait 或 notify ，您必须持有该对象的锁。就像 Lock 是同步的概括一样， Lock 框架包含了对 wait 和 notify 的概括，这个概括叫作条件（Condition） 。Lock 对象则充当绑定到这个锁的条件变量的工厂对象，与标准的 wait 和notify 方法不同，对于指定的Lock ，可以有不止一个条件变量与它关联。这样就简化了许多并发算法的开发。例如，条件（Condition） 的 Javadoc 显示了一个有界缓冲区实现的示例，该示例使用了两个条件变量，“not full”和“not empty”，它比每个 lock 只用一个 wait 设置的实现方式可读性要好一些（而且更有效）。Condition 的方法与wait 、 notify 和 notifyAll 方法类似，分别命名为await 、signal 和 signalAll ，因为它们不能覆盖 Object 上的对应方法。

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这不公平

如果查看 Javadoc，您会看到， ReentrantLock 构造器的一个参数是 boolean 值，它允许您选择想要一个 公平（fair）锁，还是一个 不公平（unfair）锁。公平锁使线程按照请求锁的顺序依次获得锁；而不公平锁则允许讨价还价，在这种情况下，线程有时可以比先请求锁的其他线程先得到锁。

为什么我们不让所有的锁都公平呢？毕竟，公平是好事，不公平是不好的，不是吗？（当孩子们想要一个决定时，总会叫嚷“这不公平”。我们认为公平非常重要，孩子们也知道。）在现实中，公平保证了锁是非常健壮的锁，有很大的性能成本。要确保公平所需要的记帐（bookkeeping）和同步，就意味着被争夺的公平锁要比不公平锁的吞吐率更低。作为默认设置，应当把公平设置为false ，除非公平对您的算法至关重要，需要严格按照线程排队的顺序对其进行服务。

那么同步又如何呢？内置的监控器锁是公平的吗？答案令许多人感到大吃一惊，它们是不公平的，而且永远都是不公平的。但是没有人抱怨过线程饥渴，因为 JVM 保证了所有线程最终都会得到它们所等候的锁。确保统计上的公平性，对多数情况来说，这就已经足够了，而这花费的成本则要比绝对的公平保证的低得多。所以，默认情况下ReentrantLock 是“不公平”的，这一事实只是把同步中一直是事件的东西表面化而已。如果您在同步的时候并不介意这一点，那么在ReentrantLock 时也不必为它担心。

图 3 和图 4 包含与 图 1和 图 2 相同的数据，只是添加了一个数据集，用来进行随机数基准检测，这次检测使用了公平锁，而不是默认的协商锁。正如您能看到的，公平是有代价的。如果您需要公平，就必须付出代价，但是请不要把它作为您的默认选择。

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处处都好？

看起来 ReentrantLock 无论在哪方面都比 synchronized 好 —— 所有 synchronized 能做的，它都能做，它拥有与 synchronized 相同的内存和并发性语义，还拥有 synchronized 所没有的特性，在负荷下还拥有更好的性能。那么，我们是不是应当忘记 synchronized ，不再把它当作已经已经得到优化的好主意呢？或者甚至用ReentrantLock 重写我们现有的synchronized 代码？实际上，几本 Java 编程方面介绍性的书籍在它们多线程的章节中就采用了这种方法，完全用Lock 来做示例，只把 synchronized 当作历史。但我觉得这是把好事做得太过了。

还不要抛弃 synchronized

虽然 ReentrantLock 是个非常动人的实现，相对 synchronized 来说，它有一些重要的优势，但是我认为急于把 synchronized 视若敝屣，绝对是个严重的错误。java.util.concurrent.lock中的锁定类是用于高级用户和高级情况的工具 。一般来说，除非您对 Lock 的某个高级特性有明确的需要，或者有明确的证据（而不是仅仅是怀疑）表明在特定情况下，同步已经成为可伸缩性的瓶颈，否则还是应当继续使用 synchronized。

为什么我在一个显然“更好的”实现的使用上主张保守呢？因为对于 java.util.concurrent.lock 中的锁定类来说，synchronized 仍然有一些优势。比如，在使用 synchronized 的时候，不能忘记释放锁；在退出synchronized 块时，JVM 会为您做这件事。您很容易忘记用finally 块释放锁，这对程序非常有害。您的程序能够通过测试，但会在实际工作中出现死锁，那时会很难指出原因（这也是为什么根本不让初级开发人员使用Lock 的一个好理由。）

另一个原因是因为，当 JVM 用 synchronized 管理锁定请求和释放时，JVM 在生成线程转储时能够包括锁定信息。这些对调试非常有价值，因为它们能标识死锁或者其他异常行为的来源。Lock 类只是普通的类，JVM 不知道具体哪个线程拥有Lock 对象。而且，几乎每个开发人员都熟悉 synchronized，它可以在 JVM 的所有版本中工作。在 JDK 5.0 成为标准（从现在开始可能需要两年）之前，使用Lock 类将意味着要利用的特性不是每个 JVM 都有的，而且不是每个开发人员都熟悉的。

什么时候选择用 ReentrantLock 代替 synchronized

既然如此，我们什么时候才应该使用 ReentrantLock 呢？答案非常简单 —— 在确实需要一些 synchronized 所没有的特性的时候，比如时间锁等候、可中断锁等候、无块结构锁、多个条件变量或者锁投票。ReentrantLock 还具有可伸缩性的好处，应当在高度争用的情况下使用它，但是请记住，大多数 synchronized 块几乎从来没有出现过争用，所以可以把高度争用放在一边。我建议用 synchronized 开发，直到确实证明 synchronized 不合适，而不要仅仅是假设如果使用ReentrantLock “性能会更好”。请记住，这些是供高级用户使用的高级工具。（而且，真正的高级用户喜欢选择能够找到的最简单工具，直到他们认为简单的工具不适用为止。）。一如既往，首先要把事情做好，然后再考虑是不是有必要做得更快。

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Lock 框架是同步的兼容替代品，它提供了 synchronized 没有提供的许多特性，它的实现在争用下提供了更好的性能。但是，这些明显存在的好处，还不足以成为用ReentrantLock 代替synchronized 的理由。相反，应当根据您是否 需要ReentrantLock 的能力来作出选择。大多数情况下，您不应当选择它 —— synchronized 工作得很好，可以在所有 JVM 上工作，更多的开发人员了解它，而且不太容易出错。只有在真正需要Lock 的时候才用它。在这些情况下，您会很高兴拥有这款工具。