对线面试官 -Sychronized 和 ReentrantLock

面试官: 派大星，我们今天来讨论一下 Java 中的锁机制，特别是 synchronized 和 ReentrantLock 这两个锁。首先，我想问一下，在 Java 1.5 后期（1.6 之前）的时候，synchronized 是重量级锁，后来引入了锁升级的概念。你能给我解释一下这个锁升级的过程吗？

派大星:

当然可以！在 Java 1.5 后期，引入了锁升级的概念来优化 synchronized 锁的性能。锁升级分为三个阶段：偏向锁、自旋锁和重量级锁。

• 首先是偏向锁阶段。偏向锁是基于对象头中的 Mark Word 来实现的，它记录了锁的标识符。在进入同步块之前，锁会先尝试加上偏向锁，标记为当前线程 ID。这样，在同一个线程多次进入同步块时，不需要重复获取锁，从而减少了性能开销。

• 如果有其他线程尝试获取同步块的锁，就会进入自旋锁阶段。自旋锁会进行一定次数的自旋尝试，也就是忙等待，直到获取到锁或达到自旋次数上限。这样可以避免线程进入阻塞状态，减少线程切换的开销。

• 如果自旋尝试仍然失败，就会升级为重量级锁。在这个阶段，线程会进入阻塞状态，并通过操作系统的调度来实现锁的竞争和释放。重量级锁的性能较低，因为涉及到内核态和用户态之间的切换。

面试官: 非常清晰的解释！接下来，我们来谈谈 ReentrantLock。除了 synchronized，ReentrantLock 也是一种常用的锁。你能给我介绍一下 ReentrantLock 的特点吗？

派大星: 当然！ReentrantLock 相比于 synchronized 提供了一些额外的特性。

首先，它需要手动调用 lock()方法来获取锁，并且需要在合适的地方调用 unlock()方法来释放锁。这样的控制方式更加灵活。

其次，ReentrantLock 支持公平性，可以通过构造函数的参数来指定是否使用公平锁。公平锁会按照线程的请求顺序来分配锁，而非公平锁则允许新的线程插队获取锁，可能导致已经在等待的线程饥饿。

另外，ReentrantLock 底层使用了 CAS（Compare and Swap）操作来实现锁的获取和释放。CAS 是一种无锁算法，它利用硬件提供的原子性操作来避免使用锁，从而提高并发性能。

面试官: 很好！那么，你能跟我谈一谈 synchronized 和 ReentrantLock 在使用效率上有什么不同吗？

派大星: 在使用效率方面，ReentrantLock 通常比 synchronized 具有更好的性能。因为 synchronized 是在 JVM 层面实现的，涉及到操作系统的调度和切换，而 ReentrantLock 底层使用了 CAS 操作，减少了对操作系统的依赖，避免了线程的阻塞和切换，从而提高了并发性能。

另外，ReentrantLock 还提供了一些高级功能，比如可中断的锁和超时获取锁。这些功能在某些场景下非常有用。

然而，需要注意的是，ReentrantLock 的代码比 synchronized 更加复杂，需要手动管理锁的获取和释放。这在编码上增加了一些复杂性，并且需要注意避免死锁等问题。

面试官: 很棒的解释！最后一个问题，根据你的经验，你会在什么情况下选择使用 synchronized，而在什么情况下选择使用 ReentrantLock 呢？

派大星: 在大多数情况下，我会推荐使用 synchronized，因为它更简单、更易于使用，并且在 Java 的底层已经对其进行了优化。只有在需要更细粒度的控制或者一些高级功能时，才会考虑使用 ReentrantLock。

比如，在需要实现可中断锁或超时获取锁的场景下，可以选择 ReentrantLock。另外，如果对公平性有较高的要求，或者需要手动管理锁的获取和释放的情况下，也可以选择 ReentrantLock。

总的来说，根据具体的需求和场景，选择适合的锁机制是很重要的。

面试官: 非常好！你对 synchronized 和 ReentrantLock 的区别以及在使用层面的思考都很出色。非常感谢你的回答！

派大星: 非常感谢！我很高兴能够参与这次面试并分享我的知识。如果有任何其他问题，请随时提问！

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