原文：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp10264/index.html

多线程和并发性并不是什么新内容，但是 Java 语言设计中的创新之一就是，它是第一个直接把跨平台线程模型和正规的内存模型集成到语言中的主流语言。核心类库包含一个Thread类，可以用它来构建、启动和操纵线程，Java 语言包括了跨线程传达并发性约束的构造 ——synchronized和volatile。在简化与平台无关的并发类的开发的同时，它决没有使并发类的编写工作变得更繁琐，只是使它变得更容易了。

synchronized 快速回顾

把代码块声明为 synchronized，有两个重要后果，通常是指该代码具有：原子性（atomicity）和可见性（visibility）。原子性意味着一个线程一次只能执行由一个指定监控对象（lock）保护的代码，从而防止多个线程在更新共享状态时相互冲突。可见性则更为微妙：它要对付内存缓存和编译器优化的各种反常行为。一般来说，线程以某种不必让其他线程立即可以看到的方式（不管这些线程在寄存器中、在处理器特定的缓存中，还是通过指令重排或者其他编译器优化），不受缓存变量值的约束，但是如果开发人员使用了同步，如下面的代码所示，那么运行库将确保某一线程对变量所做的更新先于对现有synchronized块所进行的更新，当进入由同一监控器（lock）保护的另一个synchronized块时，将立刻可以看到这些对变量所做的更新。类似的规则也存在于volatile变量上。

synchronized (lockObject) {
    update object state
}  

所以，实现同步操作需要考虑安全更新多个共享变量所需的一切，不能有争用条件，不能破坏数据（假设同步的边界位置正确），而且要保证正确同步的其他线程可以看到这些变量的最新值。通过定义一个清晰的、跨平台的内存模型（该模型在 JDK 5.0 中做了修改，改正了原来定义中的某些错误），通过遵守下面这个简单规则，构建“一次编写，随处运行”的并发类是有可能的：

不论什么时候，只要您将编写的变量接下来可能被另一个线程读取，或者您将读取的变量最后是被另一个线程写入的，那么您必须进行同步。

不过现在好了一点，在最近的 JVM 中，没有争用的同步（一个线程拥有锁的时候，没有其他线程企图获得锁）的性能成本还是很低的。（也不总是这样；早期 JVM 中的同步还没有优化，所以让很多人都这样认为，但是现在这变成了一种误解，人们认为不管是不是争用，同步都有很高的性能成本。）

对 synchronized 的改进

如此看来同步相当好了，是么？那么为什么 JSR 166 小组花了这么多时间来开发java.util.concurrent.lock
框架呢？答案很简单－同步是不错，但它并不完美。它有一些功能性的限制 —— 它无法中断一个正在等候获得锁的线程，也无法通过投票得到锁，如果不想等下去，也就没法得到锁。同步还要求锁的释放只能在与获得锁所在的堆栈帧相同的堆栈帧中进行，多数情况下，这没问题（而且与异常处理交互得很好），但是，确实存在一些非块结构的锁定更合适的情况。

ReentrantLock 类

java.util.concurrent.lock中的Lock框架是锁定的一个抽象，它允许把锁定的实现作为 Java 类，而不是作为语言的特性来实现。这就为Lock的多种实现留下了空间，各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。

ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。（换句话说，当许多线程都想访问共享资源时，JVM 可以花更少的时候来调度线程，把更多时间用在执行线程上。）

reentrant锁意味着什么呢？简单来说，它有一个与锁相关的获取计数器，如果拥有锁的某个线程再次得到锁，那么获取计数器就加1，然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了synchronized的语义；如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块，就允许线程继续进行，当线程退出第二个（或者后续）synchronized块的时候，不释放锁，只有线程退出它进入的监控器保护的第一个synchronized块时，才释放锁。

在查看清单 1 中的代码示例时，可以看到Lock和 synchronized 有一点明显的区别 —— lock 必须在 finally 块中释放。否则，如果受保护的代码将抛出异常，锁就有可能永远得不到释放！这一点区别看起来可能没什么，但是实际上，它极为重要。忘记在 finally 块中释放锁，可能会在程序中留下一个定时炸弹，当有一天炸弹爆炸时，您要花费很大力气才有找到源头在哪。而使用同步，JVM 将确保锁会获得自动释放。

清单 1. 用 ReentrantLock 保护代码块。

Lock lock = new ReentrantLock();  
lock.lock();  
try {   
  // update object state  
}  
finally {  
  lock.unlock();   
}  

除此之外，与目前的 synchronized 实现相比，争用下的ReentrantLock实现更具可伸缩性。（在未来的 JVM 版本中，synchronized 的争用性能很有可能会获得提高。）这意味着当许多线程都在争用同一个锁时，使用ReentrantLock的总体开支通常要比synchronized少得多。

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。

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。

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。