014_Java锁的类型

2020-10-26   17 次阅读


这些分类并不是全是指锁的状态,有的指锁的特性,有的指锁的设计

1.1 公平锁/非公平锁

  1. 公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
  2. 非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
  3. 对于Java ReentrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否是公平锁,默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
  4. 对于Synchronized而言,也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。

1.2 可重入锁

  1. 可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁。
  2. 对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁,其名字是Re entrant Lock重新进入锁。
  3. 对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。
synchronized void setA() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
    setB();
}

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

如果不是可重入锁的话,setB可能不会被当前线程执行,可能造成死锁。

1.3 独享锁/共享锁

  1. 独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
  2. 共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
  3. 对于Java ReentrantLock而言,其是独享锁。
  4. 对于Synchronized而言,当然是独享锁。
  5. 对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独享锁。

1.4 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. 互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
  2. 读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock

1.5 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。

  1. 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。因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式。
  2. 乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作,一般是不会发生修改的。在更新数据的时候,如果数据被其他线程修改则尝试重新更新。
  3. 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。
  4. 悲观锁在Java中的使用,就是利用各种锁。
  5. 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。

1.6 分段锁

分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁。

实现:ConcurrentHashMap
  1. ConcurrentHashMap通过分段锁的形式来实现高效的并发操作,该分段锁是继承了ReentrantLock的Segment。
  2. Segment,它即类似于HashMap,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表
  3. put时并不是对整个hashmap进行加锁,而是先通过hashcode确定对某个分段加锁,实现了多线程下非同分段的并行插入。
  4. 但是,在获取hashmap全局信息的时候(如size()),就需要获取所有的分段锁才能统计。

1.7 偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态,Java5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。

  1. 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。
  2. 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/无锁在对象内存布局中 MarkWord 锁标志位(lock_bits)均为01,但偏向锁的biased_lock_bits为1。
  3. 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。轻量级锁在对象内存布局中 MarkWord 锁标志位(lock_bits)为00.
  4. 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。重量级锁在对象内存布局中 MarkWord 锁标志位(lock_bits)为10.

image.png

1.8 自旋锁

在Java中,自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,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。

public class SpinLock {
    private AtomicReference cas = new AtomicReference();

    public void lock() {
        Thread current = Thread.currentThread();
// 利用CAS
        while (!cas.compareAndSet(null, current)) {
// DO nothing
        }
    }

    public void unlock() {

        Thread current = Thread.currentThread();

        cas.compareAndSet(current, null);

    }
}
  1. 如果某个线程持有锁的时间过长,就会导致其它等待获取锁的线程进入循环等待,消耗CPU。使用不当会造成CPU使用率极高。

  2. 上面实现的自旋锁不是公平的,即无法满足等待时间最长的线程优先获取锁。不公平的锁就会存在“线程饥饿”问题。

Q.E.D.

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