Java中鎖的分類(轉(zhuǎn))

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在讀很多并發(fā)文章中,會提及各種各樣鎖如公平鎖荒吏,樂觀鎖等等,這篇文章介紹各種鎖的分類。介紹的內(nèi)容如下:
公平鎖/非公平鎖
可重入鎖
獨享鎖/共享鎖
互斥鎖/讀寫鎖
樂觀鎖/悲觀鎖
分段鎖
偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖
自旋鎖

上面是很多鎖的名詞,這些分類并不是全是指鎖的狀態(tài),有的指鎖的特性胚膊,有的指鎖的設(shè)計故俐,下面總結(jié)的內(nèi)容是對每個鎖的名詞進行一定的解釋。

1紊婉、公平鎖/非公平鎖

公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖药版。

非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序并不是按照申請鎖的順序,有可能后申請的線程比先申請的線程優(yōu)先獲取鎖喻犁。有可能槽片,會造成優(yōu)先級反轉(zhuǎn)或者饑餓現(xiàn)象。

對于Java ReentrantLock而言肢础,通過構(gòu)造函數(shù)指定該鎖是否是公平鎖筐乳,默認是非公平鎖。非公平鎖的優(yōu)點在于吞吐量比公平鎖大乔妈。

對于Synchronized而言蝙云,也是一種非公平鎖。由于其并不像ReentrantLock是通過AQS的來實現(xiàn)線程調(diào)度路召,所以并沒有任何辦法使其變成公平鎖勃刨。

2、可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖股淡,是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候身隐,在進入內(nèi)層方法會自動獲取鎖。說的有點抽象唯灵,下面會有一個代碼的示例贾铝。

對于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖,其名字是Re entrant Lock重新進入鎖埠帕。

對于Synchronized而言,也是一個可重入鎖垢揩。可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖敛瓷。

synchronized void A() throwsException{? ? Thread.sleep(1000);? ? B();}
synchronized void B() throwsException{? ? Thread.sleep(1000);}

上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特點叁巨,如果不是可重入鎖的話,B可能不會被當前線程執(zhí)行呐籽,可能造成死鎖锋勺。

線程進入a方法,計數(shù)器加1狡蝶,再進入b加1庶橱,計數(shù)器等于2,執(zhí)行完b計數(shù)器減1結(jié)果等于1贪惹,再執(zhí)行完a計數(shù)器等于0苏章,等于0表示釋放了對象鎖。

3馍乙、獨享鎖/共享鎖

獨享鎖是指該鎖一次只能被一個線程所持有布近。

共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有垫释。

對于Java ReentrantLock而言,其是獨享鎖撑瞧。但是對于Lock的另一個實現(xiàn)類ReadWriteLock棵譬,其讀鎖是共享鎖,其寫鎖是獨享鎖预伺。

讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀是非常高效的订咸,讀寫,寫讀 酬诀,寫寫的過程是互斥的脏嚷。

獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現(xiàn)的,通過實現(xiàn)不同的方法瞒御,來實現(xiàn)獨享或者共享父叙。

對于Synchronized而言,當然是獨享鎖肴裙。

4趾唱、互斥鎖/讀寫鎖

上面講的獨享鎖/共享鎖就是一種廣義的說法,互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現(xiàn)蜻懦。

互斥鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReentrantLock

讀寫鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReadWriteLock

5甜癞、樂觀鎖/悲觀鎖

樂觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什么類型的鎖,而是指看待并發(fā)同步的角度宛乃。

悲觀鎖認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作悠咱,一定是會發(fā)生修改的,哪怕沒有修改征炼,也會認為修改析既。因此對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作,悲觀鎖采取加鎖的形式柒室。悲觀的認為渡贾,不加鎖的并發(fā)操作一定會出問題。

樂觀鎖則認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作雄右,是不會發(fā)生修改的。在更新數(shù)據(jù)的時候纺讲,會采用嘗試更新擂仍,不斷重新的方式更新數(shù)據(jù)。樂觀的認為熬甚,不加鎖的并發(fā)操作是沒有事情的逢渔。

從上面的描述我們可以看出,悲觀鎖適合寫操作非常多的場景乡括,樂觀鎖適合讀操作非常多的場景肃廓,不加鎖會帶來大量的性能提升智厌。

悲觀鎖在Java中的使用,就是利用各種鎖盲赊。

樂觀鎖在Java中的使用铣鹏,是無鎖編程,常常采用的是CAS算法哀蘑,典型的例子就是原子類诚卸,通過CAS自旋實現(xiàn)原子操作的更新。

6绘迁、分段鎖

分段鎖其實是一種鎖的設(shè)計合溺,并不是具體的一種鎖,對于ConcurrentHashMap而言缀台,其并發(fā)的實現(xiàn)就是通過分段鎖的形式來實現(xiàn)高效的并發(fā)操作棠赛。

我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設(shè)計思想,ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment膛腐,它即類似于HashMap(JDK7與JDK8中HashMap的實現(xiàn))的結(jié)構(gòu)恭朗,即內(nèi)部擁有一個Entry數(shù)組,數(shù)組中的每個元素又是一個鏈表依疼;同時又是一個ReentrantLock(Segment繼承了ReentrantLock)痰腮。

當需要put元素的時候,并不是對整個hashmap進行加鎖律罢,而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中膀值,然后對這個分段進行加鎖,所以當多線程put的時候误辑,只要不是放在一個分段中沧踏,就實現(xiàn)了真正的并行的插入。

但是巾钉,在統(tǒng)計size的時候翘狱,可就是獲取hashmap全局信息的時候,就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)計砰苍。

分段鎖的設(shè)計目的是細化鎖的粒度潦匈,當操作不需要更新整個數(shù)組的時候,就僅僅針對數(shù)組中的一項進行加鎖操作赚导。

7茬缩、偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態(tài),并且是針對Synchronized吼旧。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現(xiàn)高效Synchronized凰锡。這三種鎖的狀態(tài)是通過對象監(jiān)視器在對象頭中的字段來表明的。

偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問,那么該線程會自動獲取鎖掂为。降低獲取鎖的代價裕膀。

輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候,被另一個線程所訪問勇哗,偏向鎖就會升級為輕量級鎖昼扛,其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖,不會阻塞智绸,提高性能野揪。

重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候,另一個線程雖然是自旋瞧栗,但自旋不會一直持續(xù)下去斯稳,當自旋一定次數(shù)的時候,還沒有獲取到鎖迹恐,就會進入阻塞挣惰,該鎖膨脹為重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞殴边,性能降低憎茂。

8、自旋鎖

在Java中锤岸,自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞竖幔,而是采用循環(huán)的方式去嘗試獲取鎖,這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗是偷,缺點是循環(huán)會消耗CPU拳氢。

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