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Java中的锁机制全解析：从synchronized到分布式锁

ops 2025/8/23 8:55:11

在多线程编程中，锁是保证线程安全的核心工具。本文将详解Java中常见的锁机制及其实际应用场景，帮助开发者选择最合适的锁方案。

一、内置锁：synchronized

原理

通过JVM内置的监视器锁（Monitor）实现，可修饰方法或代码块。

// 修饰方法
public synchronized void add() {// 线程安全操作
}// 修饰代码块
public void increment() {synchronized(this) {// 线程安全操作}
}

场景

单机简单同步：如计数器、对象状态变更
资源竞争低：性能要求不高的场景

二、显式锁：ReentrantLock

特性

可重入性
支持公平/非公平锁
尝试获取锁（tryLock）
可中断锁

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void performTask() {lock.lock();try {// 临界区操作} finally {lock.unlock(); // 必须手动释放}
}

场景

复杂同步逻辑：需要尝试获取锁

if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {try {// 获取锁成功} finally {lock.unlock();}
}

公平性要求：防止线程饥饿
锁分离：配合Condition实现等待通知机制

三、读写锁：ReentrantReadWriteLock

原理

分离读锁（共享）和写锁（独占），提升读多写少场景的性能。

ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();public void readData() {rwLock.readLock().lock();try {// 读取操作} finally {rwLock.readLock().unlock();}
}public void writeData() {rwLock.writeLock().lock();try {// 写入操作} finally {rwLock.writeLock().unlock();}
}

场景

缓存系统：如热点数据缓存
配置中心：频繁读取，偶尔更新配置

四、乐观锁：StampedLock（JDK8+）

特性

乐观读锁
锁升级机制

StampedLock stampedLock = new StampedLock();// 乐观读
public double read() {long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead();// 读取数据...if (!stampedLock.validate(stamp)) {stamp = stampedLock.readLock(); // 升级为悲观锁try {// 重新读取} finally {stampedLock.unlockRead(stamp);}}return data;
}// 写锁
public void write() {long stamp = stampedLock.writeLock();try {// 写操作} finally {stampedLock.unlockWrite(stamp);}
}

场景

高并发读：如股票行情系统
数据校验：先快速读取后验证

五、分布式锁

实现方式

Redis（RedLock算法）
ZooKeeper（临时有序节点）
数据库（唯一约束）

// Redis分布式锁示例（Jedis）
public boolean tryLock(String key, String value, int expire) {return "OK".equals(jedis.set(key, value, "NX", "EX", expire));
}public void unlock(String key, String value) {if (value.equals(jedis.get(key))) {jedis.del(key);}
}

场景

分布式系统：集群服务定时任务
资源抢占：如秒杀系统库存扣减

六、锁优化实践

减小锁粒度：ConcurrentHashMap分段锁
无锁编程：Atomic原子类
避免死锁：按顺序获取锁
锁分离：读写锁分离

总结对比

锁类型	特性	适用场景
synchronized	自动释放，非中断	简单同步
ReentrantLock	灵活控制，可中断	复杂同步逻辑
ReadWriteLock	读写分离	读多写少
StampedLock	乐观读，高性能	高并发读
分布式锁	跨JVM	分布式系统