Binary Semaphore 与 Reentrant Lock 对比详解

1. 概述

本文将带你深入了解 Binary Semaphore（二值信号量） 与 Reentrant Lock（可重入锁） 的使用场景与核心差异。我们将从机制、所有权、灵活性等多个维度进行对比，帮助你判断在不同场景下应该选择哪种同步工具。

2. 什么是 Binary Semaphore？

Binary Semaphore 是一种用于控制单一资源访问的同步机制。它本质上是一种互斥机制，只允许一个线程进入临界区。

Binary Semaphore 内部只维护一个许可（permit），因此它只有两种状态：

✅ 1 个许可可用（未被占用）
❌ 0 个许可可用（已被占用）

我们可以通过 Java 中的 Semaphore 类来实现一个 Binary Semaphore：

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1);
try {
    binarySemaphore.acquire();
    assertEquals(0, binarySemaphore.availablePermits());
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    binarySemaphore.release();
    assertEquals(1, binarySemaphore.availablePermits());
}

acquire() 方法会消耗一个许可
release() 方法会释放一个许可

⚠️ Semaphore 还支持 fairness 参数。设置为 true 时，将按照线程等待时间顺序分配许可，防止线程饥饿：

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1, true);

3. 什么是 Reentrant Lock？

Reentrant Lock 是一种可重入的互斥锁机制，允许同一个线程多次获取锁而不会导致死锁。

每次线程成功获取锁时，锁的持有计数器 hold count 会加一；每次释放锁时，计数器减一。只有当计数器归零时，锁才真正被释放。

示例代码如下：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
try {
    reentrantLock.lock();
    assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount());
    assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());
} finally {
    reentrantLock.unlock();
    assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount());
    assertEquals(false, reentrantLock.isLocked());
}

如果线程多次获取锁，必须同样多次释放锁才能真正解锁：

reentrantLock.lock();
reentrantLock.lock();
assertEquals(2, reentrantLock.getHoldCount());
assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());

reentrantLock.unlock();
assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount());
assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());

reentrantLock.unlock();
assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount());
assertEquals(false, reentrantLock.isLocked());

同样，ReentrantLock 也支持公平锁模式：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);

4. Binary Semaphore vs Reentrant Lock 对比

4.1. 工作机制 ✅

特性	Binary Semaphore	Reentrant Lock
类型	信号机制（signaling mechanism）	锁机制（locking mechanism）
用途	控制资源访问	提供互斥保护

4.2. 所有权 ✅

特性	Binary Semaphore	Reentrant Lock
是否有所有者	❌ 无所有者	✅ 有明确所有者（最后获取锁的线程）

4.3. 可重入性 ✅

特性	Binary Semaphore	Reentrant Lock
是否支持重入	❌ 不支持（重入会导致死锁）	✅ 支持（同一线程可多次获取）

4.4. 灵活性 ✅

特性	Binary Semaphore	Reentrant Lock
是否灵活	✅ 高（可自定义同步逻辑）	❌ 低（固定锁机制）

4.5. 修改权限 ✅

特性	Binary Semaphore	Reentrant Lock
谁能释放	✅ 任意线程	❌ 仅持有锁的线程

4.6. 死锁恢复 ✅

特性	Binary Semaphore	Reentrant Lock
是否支持非所有者释放	✅ 是（可用于死锁恢复）	❌ 否（死锁恢复困难）

5. 总结

简单来说：

Binary Semaphore 是一种无所有权的信号机制，适合需要灵活控制并发访问的场景，也便于实现自定义锁与死锁恢复。
Reentrant Lock 是一种基于所有者的可重入锁，适合需要严格互斥控制的场景，尤其适用于替代 synchronized 的高性能锁。

📌 建议使用场景：

如果你需要灵活控制并发访问、支持任意线程释放资源，选 Binary Semaphore。
如果你只是想保护一段代码的互斥访问，并且希望支持重入，选 Reentrant Lock。

源码示例可参考：GitHub 项目地址

Persistence

REST

Security