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java锁机制小总结

2022-01-25 20:04:36 阅读：164 来源： 互联网

标签：总结加锁 java 获取互斥线程自旋机制轻量级

马上春招了，总结一下锁机制，看了好多博客学到了很多，自己在总结一下

我们常常听到的锁相关名词有一下几种

公平锁/非公平锁
可重入锁
独享锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁

下面一一展开概念解释

一、公平锁/非公平锁

1.公平锁：多个线程按照申请锁的顺序去获得锁，线程会直接进入队列去排队，永远都是队列的第一位才能得到锁。

优点：所有的线程都能得到资源，不会出现线程饿死在队列中。

缺点：吞吐量会下降很多，永远先获得资源的都是队列中的第一个线程，而其他线程都在阻塞状态，cpu唤醒阻塞线程的开销会很大。

2.非公平锁：多个线程去获取锁的时候，会直接去尝试获取，获取不到，再去进入等待队列，如果能获取到，就直接获取到锁。

优点：减小cpu唤醒线程的开销，整体吞吐率会提高。

缺点：这样导致一些线程在某些情况下可能一直获取不到锁或长时间无法获取锁从而饿死。

二、可重入锁

广义上的可重入锁指的是可重复可递归调用的锁，在外层使用锁之后，在内层仍然可以使用，并且不发生死锁（前提得是同一个对象或者class），这样的锁就叫做可重入锁。ReentrantLock和synchronized都是可重入锁，下面是一个用synchronized实现的例子：

public class Node {
    public int value;

    public synchronized int getValue() {
        return value;
    }

    public synchronized void setValue(int value) {
        int value1 = getValue();
        this.value = value1+1;
    }
}

三、独享锁/共享锁

1.独享锁也叫排他锁，是指该锁一次只能被一个线程所持有。

如果线程T对数据A加上独享锁后，则其他线程不能再对A加任何类型的锁。获得排它锁的线程即能读数据又能修改数据。JDK中的synchronized和 JUC中Lock的实现类就是互斥锁。

2.共享锁是指该锁可被多个线程所持有。

如果线程T对数据A加上共享锁后，则其他线程只能对A再加共享锁，不能加独享锁。获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。

四、互斥锁/读写锁

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。

1.互斥锁：对于互斥锁的操作无非就是：定义互斥锁变量，初始化，加锁，解锁，销毁。
互斥锁使用与一对一情况之下，任何情况下都是只有一条线程访问共享资源。

特点：一次只能一个线程拥有互斥锁，其他线程只有等待

2.读写锁：互斥锁和读写锁基本是一样的，只是在加锁时区分 “读锁” 还是 “写锁”
加读锁（可以重复加），加写锁（一次只能一个），多个线程都加了读锁，这多个线程可以同时访问读操作共享资源

特点：

2.1.多个写者可以同时进行读

2.2.写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者写者同时进行）

2.3.写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）

五、乐观锁/悲观锁

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。
悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。
悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。
乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

重量级锁是悲观锁的一种，自旋锁、轻量级锁与偏向锁属于乐观锁

六、分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。
当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。
但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

hashmap原理不清楚的可以看博客：

JDK1.7HashMap源码分析_m0_53611007的博客-CSDN博客

七、偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

偏向锁的适用场景

始终只有一个线程在执行同步块，在它没有执行完释放锁之前，没有其它线程去执行同步块，在锁无竞争的情况下使用，一旦有了竞争就升级为轻量级锁，升级为轻量级锁的时候需要撤销偏向锁，撤销偏向锁的时候会导致stop the word操作；
在有锁的竞争时，偏向锁会多做很多额外操作，尤其是撤销偏向所的时候会导致进入安全点，安全点会导致stw，导致性能下降，这种情况下应当禁用；

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

八、自旋锁

“自旋”可以理解为“自我旋转”，这里的“旋转”指“循环”，比如 while 循环或者 for 循环。“自旋”就是自己在这里不停地循环，直到目标达成。而不像普通的锁那样，如果获取不到锁就进入阻塞

自旋锁，它并不会放弃 CPU 时间片，而是通过自旋等待锁的释放，也就是说，它会不停地再次地尝试获取锁，如果失败就再次尝试，直到成功为止。这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

自旋锁原理非常简单，如果持有锁的线程能在很短时间内释放锁资源，那么那些等待竞争锁的线程就不需要做内核态和用户态之间的切换进入阻塞挂起状态，它们只需要等一等（自旋），等持有锁的线程释放锁后即可立即获取锁，这样就避免用户线程和内核的切换的消耗。

自旋锁尽可能的减少线程的阻塞，适用于锁的竞争不激烈，且占用锁时间非常短的代码块来说性能能大幅度的提升，因为自旋的消耗会小于线程阻塞挂起再唤醒的操作的消耗

但是如果锁的竞争激烈，或者持有锁的线程需要长时间占用锁执行同步块，这时候就不适合使用自旋锁了，因为自旋锁在获取锁前一直都是占用cpu做无用功，同时有大量线程在竞争一个锁，会导致获取锁的时间很长，线程自旋的消耗大于线程阻塞挂起操作的消耗，其它需要cpu的线程又不能获取到cpu，造成cpu的浪费。

标签：总结,加锁,java,获取,互斥,线程,自旋,机制,轻量级
来源： https://blog.csdn.net/m0_53611007/article/details/122690848

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