Java中的鎖

  • 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邑遏,這些分類并不是全是指鎖的狀態(tài),有的指鎖的特性,有的指鎖的設(shè)計,下面總結(jié)的內(nèi)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蜈垮。
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柠横,有可能后申請的線程比先申請的線程優(yōu)先獲取鎖。有可能牍氛,會造成優(yōu)先級反轉(zhuǎn)或者饑餓現(xiàn)象。
對于Java ReentrantLock而言搬俊,通過構(gòu)造函數(shù)指定該鎖是否是公平鎖,默認是非公平鎖唉擂。非公平鎖的優(yōu)點在于吞吐量比公平鎖大餐屎。
對于Synchronized而言腹缩,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,所以并沒有任何辦法使其變成公平鎖润讥。

可重入鎖
可重入鎖又名遞歸鎖,是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候盘寡,在進入內(nèi)層方法會自動獲取鎖楚殿。說的有點抽象,下面會有一個代碼的示例竿痰。
對于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖脆粥,其名字是Re entrant Lock重新進入鎖。
對于Synchronized而言,也是一個可重入鎖影涉”涓簦可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖。

synchronized void setA() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
    setB();
}

synchronized void setB() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
}

上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特點常潮,如果不是可重入鎖的話弟胀,setB()可能不會被當前線程執(zhí)行,可能造成死鎖(*鎖已經(jīng)被當前線程對象獲取喊式,沒有不能重入鎖孵户,那么當前線程就不能再次拿到正在使用中的鎖*)。

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岔留。
共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有夏哭。

對于Java ReentrantLock而言,其是獨享鎖献联。但是對于Lock的另一個實現(xiàn)類ReadWriteLock竖配,其讀鎖是共享鎖,其寫鎖是獨享鎖里逆。
讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀是非常高效的进胯,讀寫,寫讀 原押,寫寫的過程是互斥的胁镐。
獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現(xiàn)的,通過實現(xiàn)不同的方法诸衔,來實現(xiàn)獨享或者共享盯漂。
對于Synchronized而言,當然是獨享鎖笨农。

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就缆,互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現(xiàn)。
互斥鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReentrantLock,Synchronized也可認為是
讀寫鎖在Java中的具體實現(xiàn)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谒亦,而是指看待并發(fā)同步的角度竭宰。
悲觀鎖認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作空郊,一定是會發(fā)生修改的,哪怕沒有修改羞延,也會認為修改渣淳。因此對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作脾还,悲觀鎖采取加鎖的形式伴箩。悲觀的認為,不加鎖的并發(fā)操作一定會出問題鄙漏。
樂觀鎖則認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作嗤谚,是不會發(fā)生修改的。在更新數(shù)據(jù)的時候怔蚌,會采用嘗試更新,不斷重新的方式更新數(shù)據(jù)桦踊。樂觀的認為,不加鎖的并發(fā)操作是沒有事情的竟闪。

從上面的描述我們可以看出杖狼,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理朋,不加鎖會帶來大量的性能提升绿聘。
悲觀鎖在Java中的使用熄攘,就是利用各種鎖。
樂觀鎖在Java中的使用烹看,是無鎖編程洛史,常常采用的是CAS算法,典型的例子就是原子類土思,通過CAS自旋實現(xiàn)原子操作的更新。

分段鎖
分段鎖其實是一種鎖的設(shè)計崎岂,并不是具體的一種鎖闪湾,對于ConcurrentHashMap而言,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)操作江醇。
我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設(shè)計思想何暇,ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment,它即類似于HashMap(JDK7與JDK8中HashMap的實現(xiàn))的結(jié)構(gòu)裆站,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羽嫡;同時又是一個ReentrantLock(Segment繼承了ReentrantLock)胳嘲。
當需要put元素的時候了牛,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甫窟,然后對這個分段進行加鎖蛙婴,所以當多線程put的時候,只要不是放在一個分段中浇衬,就實現(xiàn)了真正的并行的插入餐济。
但是絮姆,在統(tǒng)計size的時候秩霍,可就是獲取hashmap全局信息的時候铃绒,就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)計螺捐。
分段鎖的設(shè)計目的是細化鎖的粒度,當操作不需要更新整個數(shù)組的時候椿疗,就僅僅針對數(shù)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)浅乔,并且是針對Synchronized。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現(xiàn)高效Synchronized席噩。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悼枢。
偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問脾拆,那么該線程會自動獲取鎖。降低獲取鎖的代價绰上。
輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候渠驼,被另一個線程所訪問,偏向鎖就會升級為輕量級鎖百揭,其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖器一,不會阻塞瓮床,提高性能产镐。
重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候癣亚,另一個線程雖然是自旋获印,但自旋不會一直持續(xù)下去,當自旋一定次數(shù)的時候玻孟,還沒有獲取到鎖鳍征,就會進入阻塞艳丛,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碰酝,性能降低戴差。

自旋鎖
在Java中,自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞袭厂,而是采用循環(huán)的方式去嘗試獲取鎖饭入,這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗谐丢,缺點是循環(huán)會消耗CPU。
典型的自旋鎖實現(xiàn)的例子讥珍,可以參考自旋鎖的實現(xiàn)

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