Java中各类锁的类型、核心作用、适用场景示例代码详解
Java内置锁synchronized自动释放、可重入,支持实例/静态/代码块同步;显式锁ReentrantLock提供公平锁、超时和尝试获取;读写锁ReentrantReadWriteLock实现读读共享、读写互斥,适合读多写少。
一、基础锁:内置锁(synchronized)
先从最基础的聊起。synchronized 是Ja va内置的隐式锁,在JVM层面实现。它最核心的几个特点:可重入性、默认非公平,以及最关键的一点——锁会自动释放,不管是方法执行完毕还是抛出异常,不需要开发者操心。

它的核心使命是保证多线程环境下的原子性、可见性和有序性,解决线程安全问题。简单说,就是确保一个线程修改了变量,其他线程能立刻看到,并且操作不会被拆得支离破碎。
适用场景也很明确:简单的线程安全场景,比如单例模式、共享变量修改。开发成本低,不需要手动释放锁,对新手特别友好,或者说是快速实现同步的首选方案。
看看具体怎么用,有三种方式:
public class SynchronizedLockDemo {
// 1. 修饰实例方法(锁对象是当前类的实例)
public synchronized void instanceMethodLock() {
System.out.println("实例方法锁:" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000); // 模拟业务操作
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
// 2. 修饰静态方法(锁对象是当前类的Class对象)
public static synchronized void staticMethodLock() {
System.out.println("静态方法锁:" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
// 3. 修饰代码块(手动指定锁对象,灵活性更高)
public void codeBlockLock() {
// 锁对象可以是任意非null对象,常用this(实例锁)或类对象(全局锁)
synchronized (this) {
System.out.println("代码块锁(实例):" + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedLockDemo demo = new SynchronizedLockDemo();
// 测试实例方法锁(多线程竞争同一个实例锁)
new Thread(demo::instanceMethodLock, "线程1").start();
new Thread(demo::instanceMethodLock, "线程2").start();
// 测试静态方法锁(多线程竞争类锁)
new Thread(SynchronizedLockDemo::staticMethodLock, "线程3").start();
new Thread(SynchronizedLockDemo::staticMethodLock, "线程4").start();
// 测试代码块锁
new Thread(demo::codeBlockLock, "线程5").start();
new Thread(demo::codeBlockLock, "线程6").start();
}
}
代码解释
- 实例方法锁:锁的是
demo这个实例,所以线程1和线程2会串行执行。 - 静态方法锁:锁的是
SynchronizedLockDemo.class,线程3和线程4同样串行执行。 - 代码块锁:锁对象由你指定,灵活性更高——可以只锁关键代码,而不是整个方法,粒度可控。
二、显式锁:ReentrantLock(可重入锁)
如果说 synchronized 是自动挡,那 ReentrantLock 就是手动挡。它实现了 Lock 接口,是典型的显式锁——需要手动加锁和释放锁。支持可重入性,可以配置公平锁或非公平锁,还提供了中断、超时获取、尝试获取等高级特性。
它的核心价值在于比 synchronized 更灵活,解决了后者无法中断、无法设置超时、无法尝试获取锁的问题,适合复杂的同步场景。
什么时候该用它?
- 需要公平锁,即按线程等待顺序获取锁的场景。
- 需要超时等待锁,避免线程永久阻塞。
- 需要可中断的锁获取,比如优雅停止线程。
- 需要尝试获取锁,获取不到就执行其他逻辑,不干等。
看代码:
import ja va.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ReentrantLockDemo {
// 1. 创建ReentrantLock:参数true为公平锁,false(默认)为非公平锁
private static final ReentrantLock FAIR_LOCK = new ReentrantLock(true);
private static final ReentrantLock NON_FAIR_LOCK = new ReentrantLock(false);
// 演示公平锁(按等待顺序获取锁)
public static void fairLockDemo() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
FAIR_LOCK.lock(); // 手动加锁
try {
System.out.println("公平锁获取成功:" + Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
FAIR_LOCK.unlock(); // 必须在finally中释放锁,避免死锁
}
}, "公平锁线程-" + i).start();
}
}
// 演示尝试获取锁(非阻塞)
public static void tryLockDemo() {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
NON_FAIR_LOCK.lock();
try {
System.out.println("线程1持有锁,执行10秒");
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
NON_FAIR_LOCK.unlock();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
boolean isLockAcquired = NON_FAIR_LOCK.tryLock(); // 尝试获取锁,立即返回结果
if (isLockAcquired) {
try {
System.out.println("线程2获取锁成功");
} finally {
NON_FAIR_LOCK.unlock();
}
} else {
System.out.println("线程2获取锁失败,执行备用逻辑");
}
});
thread1.start();
Thread.sleep(1000); // 确保线程1先获取锁
thread2.start();
}
// 演示超时获取锁(避免永久阻塞)
public static void tryLockWithTimeoutDemo() throws InterruptedException {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
NON_FAIR_LOCK.lock();
try {
System.out.println("线程1持有锁,执行3秒");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
NON_FAIR_LOCK.unlock();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
try {
// 尝试获取锁,最多等待5秒,超时返回false
boolean isLockAcquired = NON_FAIR_LOCK.tryLock(5, ja va.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS);
if (isLockAcquired) {
try {
System.out.println("线程2超时等待后获取锁成功");
} finally {
NON_FAIR_LOCK.unlock();
}
} else {
System.out.println("线程2超时等待5秒后仍未获取锁");
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("线程2获取锁时被中断");
}
});
thread1.start();
Thread.sleep(100); // 确保线程1先获取锁
thread2.start();
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println("===== 公平锁演示 =====");
fairLockDemo();
Thread.sleep(3000); // 等待公平锁演示完成
System.out.println("n===== 尝试获取锁演示 =====");
tryLockDemo();
Thread.sleep(11000); // 等待尝试获取锁演示完成
System.out.println("n===== 超时获取锁演示 =====");
tryLockWithTimeoutDemo();
}
}
代码解释
- 公平锁:线程按等待顺序获取锁,避免“饥饿”,也就是防止某个线程一直抢不到锁。
tryLock():非阻塞获取锁,获取不到直接走备用逻辑,不耽误事。tryLock(time, unit):超时等待锁,超时后放弃,避免线程永久阻塞。- 必须把
unlock()放在finally块里,这是铁律,否则锁不会自动释放,很容易死锁。
三、读写锁:ReentrantReadWriteLock
想象一下这样的场景:一个系统里,读操作占了90%,写操作只有10%。如果用 synchronized 或 ReentrantLock,那所有读操作也被迫串行执行,性能损失很大。读写锁就是为解决这个问题而生的。
它基于 Lock 接口,分为读锁(共享锁)和写锁(独占锁)。规则很简单:读-读共享,多个线程可以同时拿读锁;但读-写、写-读、写-写之间是互斥的,写操作必须独占。
什么时候用?
- 缓存系统,比如本地缓存、Redis客户端缓存。
- 配置中心,高频读取配置,低频修改配置。
- 数据查询系统,多线程读,少线程更新。
看代码实现:
import ja va.util.HashMap;
import ja va.util.Map;
import ja va.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* 读写锁演示:模拟缓存系统(读多写少)
*/
public class ReadWriteLockDemo {
// 缓存容器
private static final Map CACHE = new HashMap<>();
// 读写锁
private static final ReentrantReadWriteLock RW_LOCK = new ReentrantReadWriteLock();
// 读锁
private static final ReentrantReadWriteLock.ReadLock READ_LOCK = RW_LOCK.readLock();
// 写锁
private static final ReentrantReadWriteLock.WriteLock WRITE_LOCK = RW_LOCK.writeLock();
// 从缓存读取数据(读操作,加读锁)
public static String get(String key) {
READ_LOCK.lock(); // 加读锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 读取缓存:" + key);
Thread.sleep(500); // 模拟读操作耗时
return CACHE.get(key);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
return null;
} finally {
READ_LOCK.unlock(); // 释放读锁
}
}
// 向缓存写入数据(写操作,加写锁)
public static void put(String key, String value) {
WRITE_LOCK.lock(); // 加写锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入缓存:" + key + "=" + value);
Thread.sleep(1000); // 模拟写操作耗时
CACHE.put(key, value);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
WRITE_LOCK.unlock(); // 释放写锁
}
}
public static void main(String[] args) {
// 1. 模拟多线程读缓存(读锁共享,并行执行)
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> get("user:1001"), "读线程-" + i).start();
}
// 2. 模拟写缓存(写锁独占,串行执行)
new Thread(() -> put("user:1001", "张三"), "写线程-1").start();
new Thread(() -> put("user:1002", "李四"), "写线程-2").start();
// 3. 模拟读-写互斥(读线程等待写线程释放锁)
new Thread(() -> get("user:1002"), "读线程-5").start();
}
}
代码解释
- 读线程1到5会并行执行,输出几乎同时出现——因为读锁是共享的。
- 写线程1和写线程2串行执行,写锁必须独占。
- 读线程5会等到写线程2释放锁之后才执行,体现了读-写互斥。
- 读写锁的核心价值就在这里:读多写少时,读操作并行,大幅提升并发性能。
四、设计思想:乐观锁 vs 悲观锁
这里谈的不是具体的锁实现,而是两种设计思想。Ja va中很多锁都是基于这两种思想构建的。
1. 悲观锁
核心特点:认为每次操作都可能有线程竞争,所以“先加锁,再操作”,确保操作过程中没有其他线程干扰。
作用:解决高竞争场景下的线程安全问题,用性能换取安全。
使用场景:线程竞争激烈、写操作频繁的场景,比如库存扣减、转账。
示例代码(synchronized实现悲观锁)
public class PessimisticLockDemo {
private int count = 0;
// 悲观锁:先加锁再操作
public synchronized void increment() {
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行自增,count=" + count);
}
public static void main(String[] args) {
PessimisticLockDemo demo = new PessimisticLockDemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(demo::increment, "线程-" + i).start();
}
}
}
2. 乐观锁
核心特点:认为每次操作都没有竞争,所以不加锁,只在更新时通过CAS(Compare And Swap)检查数据是否被修改。如果没被改,直接更新;如果被改了,重试或放弃。
作用:无锁竞争时性能极高,牺牲少量安全性(极端情况可能遇到ABA问题)来换取性能。
使用场景:线程竞争小、读多写少的场景,比如计数器、库存扣减优化。
示例代码(AtomicInteger实现CAS乐观锁)
import ja va.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class OptimisticLockDemo {
// AtomicInteger底层通过CAS实现乐观锁
private static final AtomicInteger COUNT = new AtomicInteger(0);
// 乐观锁:无锁操作,CAS更新
public static void increment() {
// CAS自增:预期值为当前值,更新为当前值+1,失败则重试
int oldValue;
int newValue;
do {
oldValue = COUNT.get(); // 获取当前值
newValue = oldValue + 1; // 计算新值
// CAS尝试更新:如果当前值还是oldValue,就更新为newValue,返回true;否则返回false
} while (!COUNT.compareAndSet(oldValue, newValue));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行自增,count=" + newValue);
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(OptimisticLockDemo::increment, "线程-" + i).start();
}
}
}
代码解释
compareAndSet(oldValue, newValue)是核心CAS方法,保证原子性。- 循环重试:如果CAS失败,说明其他线程已经修改了值,那就重新获取当前值,再试一次。
- 无锁竞争时,CAS一次成功,性能远高于悲观锁。
五、进阶锁:StampedLock(Ja va8新增)
这是读写锁的增强版,支持三种模式:
- 写锁:独占锁,和
ReentrantReadWriteLock的写锁一致。 - 悲观读锁:共享锁,和
ReentrantReadWriteLock的读锁一致。 - 乐观读锁:无锁模式,仅检查版本号,不加锁,性能比悲观读锁更高。
核心价值:优化“读极多、写极少”的场景,乐观读模式下无锁竞争,性能远超 ReentrantReadWriteLock。
使用场景:超高并发的读场景,比如高频访问的商品详情、用户信息。
看代码:
import ja va.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class StampedLockDemo {
private double x = 0.0, y = 0.0;
private final StampedLock stampedLock = new StampedLock();
// 写操作:获取写锁
public void move(double deltaX, double deltaY) {
long stamp = stampedLock.writeLock(); // 获取写锁,返回版本戳
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
System.out.println("写操作:x=" + x + ", y=" + y);
} finally {
stampedLock.unlockWrite(stamp); // 释放写锁
}
}
// 乐观读操作:无锁,仅检查版本戳
public double distanceFromOrigin() {
long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead(); // 获取乐观读戳
double currentX = x, currentY = y; // 读取数据
// 检查乐观读期间是否有写操作(版本戳是否有效)
if (!stampedLock.validate(stamp)) {
// 有写操作,升级为悲观读锁
stamp = stampedLock.readLock();
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
stampedLock.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
}
}
// 计算距离
double distance = Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
System.out.println("乐观读操作:距离=" + distance);
return distance;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
StampedLockDemo demo = new StampedLockDemo();
// 模拟多线程乐观读
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(demo::distanceFromOrigin, "乐观读线程-" + i).start();
}
// 模拟写操作
Thread.sleep(100);
new Thread(() -> demo.move(1.0, 2.0), "写线程").start();
// 再次模拟乐观读
Thread.sleep(100);
new Thread(demo::distanceFromOrigin, "乐观读线程-5").start();
}
}
代码解释
- 乐观读:无锁读取数据,只通过版本戳验证是否有写操作,性能极高。
- 如果版本戳失效,就升级为悲观读锁,保证数据一致性。
- 写锁是独占的,修改数据时会阻塞所有读和写操作。
六、其他常见锁
| 锁类型 | 核心特点 | 作用 | 使用场景 |
|---|---|---|---|
| 自旋锁 | 获取锁失败时循环重试,不阻塞线程 | 减少上下文切换,提升性能 | 锁持有时间短、CPU核心多的场景 |
| 分段锁 | 将锁拆分到多个段,仅锁当前段 | 提升并发度 | ConcurrentHashMap(Ja va7) |
| 偏向锁 | 偏向第一个获取锁的线程,减少开销 | 优化无竞争场景性能 | 单线程访问同步资源的场景 |
| 轻量级锁 | 无竞争时用CAS,竞争时升级为重量级 | 平衡性能与安全 | 低竞争的多线程场景 |
| 重量级锁 | 依赖操作系统互斥量,阻塞线程 | 解决高竞争场景 | 高竞争的多线程场景 |
总结
- 基础场景选
synchronized:JVM内置锁,简单易用,自动释放,适合新手或简单同步场景。 - 复杂场景选
ReentrantLock:支持公平锁、超时、中断、尝试获取锁,灵活性更高。 - 读多写少选读写锁:
ReentrantReadWriteLock(基础版)或StampedLock(高性能版),读操作并行提升并发能力。 - 低竞争选乐观锁(CAS):通过
Atomic系列类实现,无锁操作,性能远高于悲观锁;高竞争则选悲观锁(synchronized/ReentrantLock)。
核心原则其实就一句话:根据竞争程度选择锁——竞争小用乐观锁、轻量级锁,竞争大用悲观锁、重量级锁;读多写少用读写锁,写多读少用独占锁。
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