Synchronized与Lock的区别及底层实现

`Synchronized` 和 `Lock` 是 Java 中常用的两种线程同步机制，它们在用法和底层实现上有一些显著的区别。下面是它们的详细对比和底层实现解释：

### Synchronized
`Synchronized` 是 Java 内置的一种同步机制，使用关键字 `synchronized` 可以在方法或者代码块上进行同步。

#### 用法
- **方法同步**：在方法声明上使用 `synchronized` 关键字。
```java
public synchronized void synchronizedMethod() {
// critical section
}
```
- **代码块同步**：在代码块上使用 `synchronized` 关键字，指定一个对象作为锁。
```java
public void method() {
synchronized (this) {
// critical section
}
}
```

#### 底层实现
- **JVM 实现**：`Synchronized` 是由 JVM 实现的内置锁。每个对象都有一个监视器锁（Monitor），`synchronized` 使用这个监视器来实现同步。
- **字节码支持**：`synchronized` 代码块在编译后，会生成字节码指令 `monitorenter` 和 `monitorexit`。
- **重量级锁**：在早期的 JVM 实现中，`synchronized` 被称为重量级锁，因为它依赖于操作系统的互斥量（mutex），性能较低。

### Lock
`Lock` 是 Java 5 引入的 `java.util.concurrent.locks` 包中的接口，它提供了比 `synchronized` 更灵活的锁机制。

#### 用法
- **创建锁**：使用 `ReentrantLock` 类来创建锁对象。
```java
private final Lock lock = new ReentrantLock();

public void method() {
lock.lock();
try {
// critical section
} finally {
lock.unlock();
}
}
```

#### 底层实现
- **Java 实现**：`Lock` 是通过 Java 类库实现的，主要依赖于 `AbstractQueuedSynchronizer`（AQS）。
- **AQS 机制**：AQS 是一个框架，用于构建锁和同步器。它通过 FIFO 队列管理锁的获取和释放，支持可重入锁、公平锁、非公平锁等多种锁策略。
- **轻量级锁**：相比于 `synchronized`，`Lock` 提供了更高的性能和灵活性，特别是在高并发环境下。

### 主要区别
1. **灵活性**：
- `Lock` 提供了更多的功能，如可重入锁、公平锁、非公平锁、可中断锁、超时锁等。
- `synchronized` 是内置的，使用简单，但功能有限。

2. **性能**：
- `Lock` 在高并发环境下性能更高，因为它通过 AQS 实现了更高效的锁管理。
- `synchronized` 在低并发环境下性能可以接受，但在高并发环境下可能会成为瓶颈。

3. **可中断和超时**：
- `Lock` 支持锁的中断和超时获取。
- `synchronized` 不支持中断和超时获取。

4. **锁的获取和释放**：
- `Lock` 需要显式地获取和释放锁（通过 `lock()` 和 `unlock()` 方法）。
- `synchronized` 是隐式的，由 JVM 自动管理锁的获取和释放。

### 适用场景
- **简单同步**：如果同步需求简单，可以使用 `synchronized`，因为它使用简单且易于维护。
- **复杂同步**：如果需要更高的性能或更复杂的同步策略，应使用 `Lock`，如需要公平锁、可中断锁等功能。

通过理解 `Synchronized` 和 `Lock` 的区别及其底层实现，可以更好地选择适合的同步机制，提高并发程序的性能和可维护性。