在Java并发编程领域，Synchronized和ReentrantLock是两个极为重要的概念，也是大厂Java面试中频繁出现的考点。理解它们之间的区别对于Java程序员来说至关重要，不仅有助于在面试中脱颖而出，更能在实际并发编程中合理选择和运用，确保程序的高效性和正确性。

一、面试官考察目的剖析

（一）使用方式差异考察

1. 全面评估同步操作能力

- 面试官希望通过询问二者的使用方式区别，考查应试者对Java中不同同步机制的掌握程度。在实际编程中，正确选择和使用合适的同步方式是确保多线程程序正确运行的关键。例如，在多线程环境下，如果对共享资源的访问没有进行正确的同步处理，可能会导致数据不一致、线程安全问题等严重后果。

- 对于Synchronized，应试者需要清楚其两种使用方式：同步代码块和同步方法。同步代码块可以精确控制需要同步的代码范围，提高代码的执行效率，避免不必要的同步开销。例如，在一个包含多个操作的方法中，只有部分操作涉及共享资源的访问，此时使用同步代码块将这部分代码包裹起来，可以使其他不涉及共享资源的操作并行执行，提高程序的整体性能。同步方法则相对简单直接，将整个方法声明为同步，适用于方法内所有操作都需要同步的情况。

- 对于ReentrantLock，应试者要掌握其基本使用流程，即先创建对象，然后通过`lock()`和`unlock()`方法来手动获取和释放锁。这种手动管理锁的方式虽然增加了一定的编程复杂度，但也提供了更大的灵活性。例如，在复杂的业务逻辑中，可以更精确地控制锁的获取和释放时机，避免死锁等问题的发生。

（二）底层原理理解考察

1. 深入探究并发机制本质

- 了解应试者对Synchronized和ReentrantLock底层实现原理的掌握情况，可以判断其对Java并发编程的深入理解程度。这对于优化并发程序性能、解决并发问题以及在不同场景下合理选择同步工具具有重要意义。

- Synchronized的底层实现基于对象头中的mark word和重量级锁情况下的ObjectMonitor。对象头中的mark word用于保存锁的状态信息，Java虚拟机根据锁的竞争情况自动进行偏向锁、轻量级锁、重量级锁等状态的转换。例如，在单线程访问同步块时，可能会使用偏向锁来提高性能；当竞争加剧时，会逐步升级为轻量级锁和重量级锁。这种自动优化机制对于程序员来说是透明的，但了解其原理有助于在性能调优时做出正确的决策。

- ReentrantLock基于AQS实现，其底层使用CAS操作来修改state变量，实现对锁资源的竞争管理。CAS操作是一种无锁算法，通过比较并交换的方式来保证原子性，避免了传统锁机制中线程上下文切换的开销，提高了并发性能。同时，ReentrantLock在线程挂起和唤醒方面使用unsafe类中的park和unpark方法，这种方式能够更高效地管理线程的阻塞和唤醒，减少不必要的等待时间，进一步提升了并发效率。

二、Synchronized与ReentrantLock的使用方式区别

（一）Synchronized的使用方式

1. 同步代码块示例

- 同步代码块的语法格式为`synchronized (对象) { // 需要同步的代码 }`。这里的对象可以是任意对象，通常选择与共享资源相关的对象，以便在多个线程访问共享资源时进行同步控制。例如，假设有一个共享的计数器变量`count`，多个线程需要对其进行递增操作。可以创建一个专门用于同步的对象`lockObj`，然后在每个线程的递增操作中使用同步代码块：

class Counter {
    private int count = 0;
    private Object lockObj = new Object();

    public void increment() {
        synchronized (lockObj) {
            count++;
        }
    }
}

- 在这个示例中，通过`synchronized (lockObj)`确保了在同一时刻只有一个线程能够执行`count++`操作，从而保证了计数器的线程安全性。如果不使用同步代码块，多个线程同时访问`count`变量可能会导致数据不一致的问题，例如可能会出现计数错误的情况。

2. 同步方法示例

- 同步方法的使用更为简洁，只需在方法声明前加上`synchronized`关键字即可。例如，对于上述的计数器类，如果将`increment`方法声明为同步方法：

class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

- 这样，整个`increment`方法就成为了一个同步块，任何线程在调用该方法时都需要获取对象的锁，确保了方法内代码的原子性执行。然而，需要注意的是，同步方法的粒度相对较大，如果方法内包含一些不需要同步的操作，可能会影响程序的性能，因为其他线程在该方法执行期间都无法访问该对象的其他同步方法。

（二）ReentrantLock的使用方式

1. 基本使用流程演示

- 首先，需要创建一个ReentrantLock对象：`ReentrantLock lock = new ReentrantLock();`。然后，在需要同步的代码块前调用`lock()`方法获取锁，在代码块执行完毕后调用`unlock()`方法释放锁。例如，对于计数器的递增操作，可以使用ReentrantLock实现如下：

class Counter {
    private int count = 0;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

- 在这个示例中，通过`lock.lock()`获取锁，如果此时锁已经被其他线程持有，当前线程将被阻塞，直到获取到锁为止。在`finally`块中调用`lock.unlock()`确保无论代码块是否正常执行完毕，锁都会被释放，避免了因异常导致锁无法释放而造成死锁的问题。

2. 与Synchronized使用方式对比及适用场景分析

- 与Synchronized相比，ReentrantLock的使用方式更加灵活。Synchronized由Java虚拟机自动管理锁的获取和释放，对于简单的同步场景使用起来较为方便，但在一些复杂情况下可能无法满足需求。例如，当需要在获取锁失败时执行一些特定的逻辑，或者需要更细粒度地控制锁的获取顺序（如实现公平锁）时，Synchronized就显得力不从心了。

- 而ReentrantLock允许开发者手动控制锁的获取和释放，能够更好地适应复杂的业务逻辑。例如，在一个多线程处理任务的系统中，如果某些任务具有更高的优先级，需要优先获取锁执行，可以通过ReentrantLock的公平锁特性来实现。同时，ReentrantLock还可以设置等待锁的时间，避免线程长时间等待而导致系统性能下降，这在一些对响应时间有要求的场景中非常有用。

（三）其他常见区别

1. 锁释放机制差异

- Synchronized在方法正常执行完毕或抛出异常时，会自动释放锁，这是由Java虚拟机内部机制保证的。例如，在一个同步方法中，如果执行过程中发生了异常，Java虚拟机也会自动释放该对象的锁，确保其他线程能够继续获取锁执行。

- ReentrantLock则需要开发者手动在`finally`块中调用`unlock()`方法来释放锁，这就要求开发者必须确保在所有可能的情况下都正确释放锁，否则可能会导致死锁等问题。例如，如果在获取锁后执行了一些复杂的逻辑，中间发生了异常，但没有正确释放锁，其他等待该锁的线程将永远无法获取锁，导致程序无法继续执行。

2. 公平锁支持情况不同

- Synchronized只支持非公平锁，即当多个线程竞争锁时，无法保证先请求锁的线程一定先获取到锁，可能会出现后请求的线程先获取锁的情况。这种机制在大多数情况下可以提供较高的性能，但在某些对公平性有要求的场景下可能不适用。

- ReentrantLock不仅支持非公平锁，还支持公平锁。通过在创建ReentrantLock对象时传入`true`参数（如`ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);`），可以启用公平锁机制。在公平锁模式下，先请求锁的线程会先获取到锁，按照请求顺序依次获取锁，保证了锁获取的公平性，但公平锁的性能相对非公平锁会略低一些，因为需要维护一个等待队列来保证公平性，增加了一定的开销。

3. 等待锁时间设置能力差异

- Synchronized无法指定等待锁的时间，如果线程获取锁失败，将一直处于阻塞状态，直到获取到锁为止。这种方式在某些情况下可能会导致线程长时间等待，影响系统的响应性能。

- ReentrantLock提供了`tryLock(long timeout, TimeUnit unit)`方法，可以设置线程等待锁的最长时间。如果在指定时间内无法获取锁，线程将不再等待，直接返回获取锁失败的结果。这使得开发者可以根据具体业务需求灵活控制线程等待锁的时间，避免线程长时间阻塞，提高系统的整体性能和响应能力。例如，在一个网络请求处理系统中，如果某个线程在获取锁时等待时间过长，可能会导致用户请求超时，通过设置合理的等待锁时间，可以避免这种情况的发生。

三、Synchronized与ReentrantLock的底层原理区别

（一）Synchronized底层原理

1. 基于对象实现的机制详解

- Synchronized的底层实现与Java对象的内存布局密切相关。在Java对象的内存布局中，对象头部分包含了一些重要的信息，其中mark word用于保存锁的状态。当一个线程访问同步代码块或同步方法时，Java虚拟机会根据对象头中的mark word信息来判断锁的状态。

- 在无锁状态下，mark word存储对象的哈希码、分代年龄等信息。当第一个线程进入同步代码块时，Java虚拟机将对象头中的mark word设置为偏向锁状态，并将线程ID记录在其中，表示该锁偏向于当前线程。在偏向锁状态下，只有当前线程可以无障碍地访问同步代码块，其他线程尝试获取锁时，发现锁处于偏向锁状态且偏向的线程不是自己，会先尝试使用CAS操作将锁的偏向线程ID修改为自己的ID，如果CAS操作成功，则获取锁成功，否则说明当前锁存在竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。

- 轻量级锁通过CAS操作在对象头中记录锁的状态和指向线程栈中锁记录的指针。如果多个线程竞争轻量级锁失败，轻量级锁将膨胀为重量级锁，此时Java虚拟机会将对象头中的mark word设置为指向重量级锁的指针，并通过操作系统的互斥量（mutex）来实现锁的获取和释放，涉及到C++的ObjectMonitor来管理线程的阻塞和唤醒，这会导致线程上下文切换等较大的开销，但能够保证在高并发情况下的线程安全。

（二）ReentrantLock底层原理

1. 基于AQS实现的原理剖析

- ReentrantLock基于AbstractQueuedSynchronizer（AQS）实现，AQS是一个用于构建锁和同步器的框架，提供了一种基于FIFO队列实现的等待/通知机制。ReentrantLock通过继承AQS并实现其抽象方法来实现自己的同步功能。

- 在AQS中，使用一个int类型的变量state来表示锁的状态，0表示无锁状态，大于0表示有线程持有锁，并且state的值可以表示重入的次数。当线程调用ReentrantLock的`lock()`方法时，会通过CAS操作尝试将state的值从0修改为1，如果修改成功，则表示当前线程获取到了锁；如果修改失败，则说明锁已经被其他线程持有，当前线程将被加入到AQS的等待队列中。

- 等待队列中的线程通过不断地自旋（循环检查锁状态）来尝试获取锁，当锁被释放时（state的值变为0），AQS会按照FIFO的顺序唤醒等待队列中的第一个线程，该线程再次尝试通过CAS操作获取锁。在这个过程中，ReentrantLock使用unsafe类中的park和unpark方法来实现线程的挂起和唤醒。当线程获取锁失败时，会调用park方法将自己挂起，等待被唤醒；当锁被释放时，会调用unpark方法唤醒等待队列中的下一个线程。这种基于CAS和park/unpark的机制使得ReentrantLock在高并发场景下能够高效地管理线程的同步和等待，提供了更好的性能和灵活性。