Java鎖的種類和區(qū)別

在讀很多并發(fā)文章中杀捻,會提及各種各樣鎖如公平鎖属拾,樂觀鎖等等桃移,這篇文章介紹各種鎖的分類。介紹的內容如下:

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蹂析,這些分類并不是全是指鎖的狀態(tài),有的指鎖的特性碟婆,有的指鎖的設計电抚,下面總結的內容是對每個鎖的名詞進行一定的解釋。

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竖共。

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蝙叛,有可能后申請的線程比先申請的線程優(yōu)先獲取鎖。有可能公给,會造成優(yōu)先級反轉或者饑餓現象借帘。

對于JavaReentrantLock而言,通過構造函數指定該鎖是否是公平鎖淌铐,默認是非公平鎖肺然。非公平鎖的優(yōu)點在于吞吐量比公平鎖大。

對于Synchronized而言腿准,也是一種非公平鎖际起。由于其并不像ReentrantLock是通過AQS的來實現線程調度,所以并沒有任何辦法使其變成公平鎖吐葱。

可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖街望,是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候,在進入內層方法會自動獲取鎖弟跑。說的有點抽象灾前,下面會有一個代碼的示例。

對于JavaReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖孟辑,其名字是Re entrant Lock重新進入鎖哎甲。

對于Synchronized而言,也是一個可重入鎖∑私可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖烧给。

synchronizedvoidsetA()throws Exception{? ? Thread.sleep(1000);? ? setB();}synchronizedvoidsetB()throws Exception{? ? Thread.sleep(1000);

}

上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特點,如果不是可重入鎖的話喝噪,setB可能不會被當前線程執(zhí)行础嫡,可能造成死鎖。

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。

共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有榴鼎。

對于JavaReentrantLock而言伯诬,其是獨享鎖。但是對于Lock的另一個實現類ReadWriteLock巫财,其讀鎖是共享鎖盗似,其寫鎖是獨享鎖。

讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀是非常高效的平项,讀寫赫舒,寫讀 ,寫寫的過程是互斥的闽瓢。

獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現的接癌,通過實現不同的方法,來實現獨享或者共享扣讼。

對于Synchronized而言缺猛,當然是獨享鎖。

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椭符,互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現荔燎。

互斥鎖在Java中的具體實現就是ReentrantLock

讀寫鎖在Java中的具體實現就是ReadWriteLock

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)同步的角度销钝。

悲觀鎖認為對于同一個數據的并發(fā)操作有咨,一定是會發(fā)生修改的,哪怕沒有修改曙搬,也會認為修改摔吏。因此對于同一個數據的并發(fā)操作,悲觀鎖采取加鎖的形式纵装。悲觀的認為征讲,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據的并發(fā)操作橡娄,是不會發(fā)生修改的诗箍。在更新數據的時候,會采用嘗試更新挽唉,不斷重新的方式更新數據滤祖。樂觀的認為,不加鎖的并發(fā)操作是沒有事情的瓶籽。

從上面的描述我們可以看出匠童,悲觀鎖適合寫操作非常多的場景,樂觀鎖適合讀操作非常多的場景塑顺,不加鎖會帶來大量的性能提升汤求。

悲觀鎖在Java中的使用俏险,就是利用各種鎖。

樂觀鎖在Java中的使用扬绪,是無鎖編程竖独,常常采用的是CAS算法,典型的例子就是原子類挤牛,通過CAS自旋實現原子操作的更新莹痢。

分段鎖

分段鎖其實是一種鎖的設計,并不是具體的一種鎖墓赴,對于ConcurrentHashMap而言竞膳,其并發(fā)的實現就是通過分段鎖的形式來實現高效的并發(fā)操作。

我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想诫硕,ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment顶猜,它即類似于HashMap(JDK7與JDK8中HashMap的實現)的結構,即內部擁有一個Entry數組痘括,數組中的每個元素又是一個鏈表;同時又是一個ReentrantLock(Segment繼承了ReentrantLock)滔吠。

當需要put元素的時候纲菌,并不是對整個hashmap進行加鎖,而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中疮绷,然后對這個分段進行加鎖翰舌,所以當多線程put的時候,只要不是放在一個分段中冬骚,就實現了真正的并行的插入椅贱。

但是,在統(tǒng)計size的時候只冻,可就是獲取hashmap全局信息的時候庇麦,就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)計。

分段鎖的設計目的是細化鎖的粒度喜德,當操作不需要更新整個數組的時候山橄,就僅僅針對數組中的一項進行加鎖操作。

偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態(tài)舍悯,并且是針對Synchronized航棱。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現高效Synchronized。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萌衬。

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

輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候朴艰,被另一個線程所訪問,偏向鎖就會升級為輕量級鎖,其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖呵晚,不會阻塞蜘腌,提高性能。

重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候饵隙,另一個線程雖然是自旋撮珠,但自旋不會一直持續(xù)下去,當自旋一定次數的時候金矛,還沒有獲取到鎖芯急,就會進入阻塞,該鎖膨脹為重量級鎖驶俊。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞娶耍,性能降低。

自旋鎖

在Java中饼酿,自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞榕酒,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故俐,缺點是循環(huán)會消耗CPU想鹰。

典型的自旋鎖實現的例子,可以參考自旋鎖的實現

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