高并发时为什么推荐ReentrantLock而不是synchronized

目录

• 1、最初的 synchronized
• 2、synchronized 的优化
• 3、但是，JAVA的最终答案 JDK 21 LTS 来了

1、最初的 synchronized

它默认对临界资源添加重量级锁，即使可能并不存在竞争，只要走到临界区通通给你加锁。

现在来回答问题：

1） 如果是低于 JDK 1.5，抱歉你没得选，只能先将就着用 synchronized 重量级锁

2）如果你的 JDK 版本是1.5 那么推荐 ReentrantLock，这个时候的 synchronized 还是默认加重量级锁 。

接下来我们看看 JDK 1.6 干了啥

2、synchronized 的优化

在JDK 1.6 ，官方引入了如下的一系列优化：

1. 锁消除
2. 锁粗化
   
   3）锁升级：无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁
   
   重点介绍影响比较大的 "锁升级"
   
   无锁: 不存在任何互斥资源的竞争，无需加任何锁。
   
   偏向锁：当临界资源被某一个线程访问到了，那么在临界资源的对象头里标记偏向锁；在添加偏向锁的线程结束锁定前：1) 如果没有其它线程竞争该临界资源，效率等同无锁；2) 若此时另一个线程也希望访问该临界资源，那么偏向锁将升级为轻量级锁。（补充，新版本的JDK中，偏向锁已经被移除）
   
   轻量级锁：何谓轻量级锁？ 就是当被多个线程竞争的临界资源上，若存在轻量级锁时，等待获取锁的线程不会直接进入等待队列，而是先尝试指定次数的自旋，如果超过默认自旋次数仍未获取到锁，那么轻量级锁将会升级为重量级锁。（自旋次数JVM可配置，但是一般不建议动它）
   
   重量级锁：如果临界资源上已经被某个线程，添加了重量级锁，那么当其它线程过来竞争锁的时候，就会直接进入等待队列，直至当前线程推出临界区，才会被唤醒、执行临界区。

然后我们重点说一下，轻量级锁的自旋，它好在哪里？了解JVM 并发编程模型的人都知道，在 JDK 21 LTS 推出虚拟线程之前，线程的调度是依托于底层的操作系统内核来完成的，相当于线程的：创建、等待、唤醒、销毁 ... 等等动作都直接依赖操作系统内核的API来完成，这是非常重型的操作, 所谓重量级锁，就是因为它直接阻塞别的线程，是一个非常耗费资源的操作。

而引入这个特性之后，其实 synchronized 的性能已经有了长足的进步，到了这里，其实跟 ReentrantLock 对比已经丝毫不怵了；甚至因为升级这个特性，有些时候 synchronized 会有更强悍的表现。

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当 JDK1.6 <= version < JDK 21， 我们来回答问题：

高并发下 ReentrantLock 和 synchronized 哪个性能更好？

这个题可能没有标准答案，这里需要结合存在临界资源竞争的场景，来具体分析实际的临界操作行为，ReentrantLock 和 synchronized 谁更好。

1. 当操作单一且耗时较短时，可以使用 synchronized 来做同步控制，因为只要不升级为重量级锁，性能损耗是极小的；且由于官方基于JVM做了针对性的优化, 那么它的适配性应当是更好的，如果没有复杂需求、临界操作并不复杂的时候，建议使用synchronized，因为它足够简单，性能也不在是鸿沟。
2. 而 ReentrantLock它功能更加强大，它是在用户态下基于 AQS （Abstract Queued Synchornizer）实现，它不会阻塞内核线程。ReentrantLock 支持中断等待、支持公平锁、支持锁定多个对象，这些都是 synchronized 所不能具备的特性，在较为复杂的场景下，尤其建议使用 ReentrantLock 。

这里有一个值得思考的事情, AQS 实现的Lock 要考虑一个点，如果临界区很耗时，存在多个线程排队的时候，由于它没有进行上下文的切换，说明排队中的线程是没有被挂起的。在非虚拟线程场景下，jvm线程跟操作系统内核线程是一比一深度绑定的，那么是否应该指出这种情景下可能存在，cpu空转浪费资源。

不论是从ReentrantLock，还是synchronized的角度看，我们做程序设计时，应当保证临界区尽可能的小，尽可能的高效。

这里判断的临界值是：synchronized 阻塞再拉起线程的消耗，是否远大于临界区的执行时长。如果是，那么必须使用 Reentrantlock。否则，当阻塞再拉起线程的代价，远小于临界区执行的消耗时，应当慎重考虑使用何种锁。起码该JVM线程被阻塞后, 内核线程能释放出来干点别的事。

-- 如果有人，不看版本，不分析业务临界操作行为，就直接说谁好谁差，一律视为半桶水就行了。

3、但是，JAVA的最终答案 JDK 21 LTS 来了

JDK8 之后，最值得升级的 JDK 版本，虚拟线程，号称史诗级的加强，下一个主权就是它了！！！

自此，虚拟线程成为了JVM正式支持的功能.（jdk 19 的虚拟线程只是预览功能）

这里就不得不重点介绍一个特性了：JVM 并发编程模型，前文提到，在JDK 21 LTS 推出虚拟线程之前，jvm 的线程调度依赖操作系统内核。

在 JDK 21 的时代，JVM的线程被划分为了如下两种类型：

平台线程：所谓平台线程就是，跟操作系统内核深度绑定基于操作系统内核实现，其实它就是 JDK 21 LTS 版本之前的java 线程，"平台线程" 的调度依赖操作系统内核。

虚拟线程：JDK 21 LTS 新特性，"虚拟线程" 只在 JVM 内部调度，"虚拟线程"的调度，不再依赖操作系统内核的线程调度，它只发生在 JVM用户态，所以 "虚拟线程" 的调度行为是非常轻量的。"虚拟线程" 有等待队列，"虚拟线程"的执行需要靠"平台线程"来调度等待队列。可以理解为多个"虚拟线程"，在竞争"平台线程" 的cpu时间分片.

在虚拟线程的场景下，我们开发者，调用的是虚拟线程，"平台线程"由 JVM自身进行控制。我们在 "虚拟线程" 内部不论执行了多少休眠、阻塞等操作，丝毫不会影响"平台线程"的调度。

1. 当虚拟线程休眠、阻塞、等待时，那么它将会从 "平台线程" 上 unmount 并进入等待队列
2. 当 "平台线程" 上unmount 了某个虚拟线程，或者某个虚拟线程执行结束了，那么 "平台线程" 会在依据一定的规则，从虚拟线程等待队列里唤起并mount某一个虚拟线程，执行时间分片。
3. 虚拟线程所需的空间极小，在 JDK 21 环境下，可以清理拉起数万、甚至数十万的虚拟线程，同等硬件资源下，相较于之前的并发编程模型，可以更多拉起的线程数，已经到指数级了。这是几近可以跟 golang 在高并发领域，掰头一下的水平了，这够高并发了吧？
   
   由此来看 "虚拟线程" 这种用户态实现的并发编程模型，在高并发场景下，要远胜于之前的 "操作系统内核态" 并发编程模型。

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我用了这么多文字介绍JVM并发编程模型，那么它跟 ReentrantLock 和 synchronized 有什么关系呢？

这是因为，synchronized 会将虚拟线程固定在平台线程上，在 synchronized 临界区执行结束之前，无法被 unmount， 这样是会影响高并发场景下虚拟线程的调度效率的。

而ReentrantLock 就不会有这样的问题了，碰到阻塞操作时，"虚拟线程"会很丝滑的从"平台线程"上unmount，让出"平台线程的"时间分片。

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现在我们基于 JDK 21 LTS 版本来回答问题：高并发下 ReentrantLock 和 synchronized 哪个性能更好？

1）首先为了有更好的高并发体验（IO密集型），应当使用 "虚拟线程"进行开发

2) 由于 synchronized 会阻止虚拟线程遇到阻塞后从 "平台线程"上 卸载，所以不推荐在高并发场景使用它，它会极大的影响虚拟线程在平台线程上的调度。在虚拟线程的版本， "ReentrantLock" 才是最终答案。

当然你要是说我不用 "虚拟线程" ，那答案同第二节所述。