問題
（1）ReentrantLock有哪些優點？
（2）ReentrantLock有哪些缺點？
（3）ReentrantLock是否可以完全替代synchronized？
簡介
synchronized是Java原生提供的用於在多執行緒環境中保證同步的關鍵字，底層是通過修改物件頭中的MarkWord來實現的。
ReentrantLock是Java語言層面提供的用於在多執行緒環境中保證同步的類，底層是通過原子更新狀態變數state來實現的。
既然有了synchronized的關鍵字來保證同步了，為什麼還要實現一個ReentrantLock類呢？它們之間有什麼異同呢？
ReentrantLock VS synchronized
直接上表格：（手機橫屏檢視更方便）
| 功能 | ReentrantLock | synchronized |
|---|---|---|
| 可重入 | 支援 | 支援 |
| 非公平 | 支援（預設） | 支援 |
| 加鎖/解鎖方式 | 需要手動加鎖、解鎖，一般使用try..finally..保證鎖能夠釋放 | 手動加鎖，無需刻意解鎖 |
| 按key鎖 | 不支援，比如按使用者id加鎖 | 支援，synchronized加鎖時需要傳入一個物件 |
| 公平鎖 | 支援，new ReentrantLock(true) | 不支援 |
| 中斷 | 支援，lockInterruptibly() | 不支援 |
| 嘗試加鎖 | 支援，tryLock() | 不支援 |
| 超時鎖 | 支援，tryLock(timeout, unit) | 不支援 |
| 獲取當前執行緒獲取鎖的次數 | 支援，getHoldCount() | 不支援 |
| 獲取等待的執行緒 | 支援，getWaitingThreads() | 不支援 |
| 檢測是否被當前執行緒佔有 | 支援，isHeldByCurrentThread() | 不支援 |
| 檢測是否被任意執行緒佔有 | 支援，isLocked() | 不支援 |
| 條件鎖 | 可支援多個條件，condition.await()，condition.signal()，condition.signalAll() | 只支援一個，obj.wait()，obj.notify()，obj.notifyAll() |
對比測試
在測試之前，我們先預想一下結果，隨著執行緒數的不斷增加，ReentrantLock（fair）、ReentrantLock（unfair）、synchronized三者的效率怎樣呢？
我猜測應該是ReentrantLock（unfair）> synchronized > ReentrantLock（fair）。
到底是不是這樣呢？
直接上測試程式碼：（為了全面對比，彤哥這裡把AtomicInteger和LongAdder也拿來一起對比了）
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的效能影響
// 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的效能影響
// 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));
}
}執行這段程式碼，你會發現結果大大出乎意料，真的是不測不知道，一測嚇一跳，執行後發現以下規律：
隨著執行緒數的不斷增加，synchronized的效率竟然比ReentrantLock非公平模式要高！
彤哥的電腦上大概是高3倍左右，我的執行環境是4核8G，java版本是8，請大家一定要在自己電腦上執行一下，並且最好能給我反饋一下。
彤哥又使用Java7及以下的版本執行了，發現在Java7及以下版本中synchronized的效率確實比ReentrantLock的效率低一些。
總結
（1）synchronized是Java原生關鍵字鎖；
（2）ReentrantLock是Java語言層面提供的鎖；
（3）ReentrantLock的功能非常豐富，解決了很多synchronized的侷限性；
（4）至於在非公平模式下，ReentrantLock與synchronized的效率孰高孰低，彤哥給出的結論是隨著Java版本的不斷升級，synchronized的效率只會越來越高；
彩蛋
既然ReentrantLock的功能更豐富，而且效率也不低，我們是不是可以放棄使用synchronized了呢？
答：我認為不是。因為synchronized是Java原生支援的，隨著Java版本的不斷升級，Java團隊也是在不斷優化synchronized，所以我認為在功能相同的前提下，最好還是使用原生的synchronized關鍵字來加鎖，這樣我們就能獲得Java版本升級帶來的免費的效能提升的空間。
另外，在Java8的ConcurrentHashMap中已經把ReentrantLock換成了synchronized來分段加鎖了，這也是Java版本不斷升級帶來的免費的synchronized的效能提升。
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