Java锁的概述

Posted 2023-03-15 zhixuChen200

文章目录

• 前言
• 一、乐观锁和悲观锁
• • 1. 悲观锁
  • 2. 乐观锁
• 二、公平锁与非公平锁
• 三、独占锁和共享锁
• 四、可重入锁
• 五、自旋锁

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前言

学习Java并发编程，锁的概念还是需要了解一下。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、乐观锁和悲观锁

1. 悲观锁

悲观锁指对数据被外界修改持保守态度，认为数据很容易就会被其他线程修改，所以在数据被处理前先对数据进行加锁，并在整个数据处理过程中，使数据处于锁定状态。悲观锁的实现往往依靠数据库提供的锁机制，即在数据库中，在对数据记录操作前给记录加排它锁。如果获取锁失败，则说明数据正在被其他线程修改，当前线程则等待或者抛出异常。如果获取锁成功，则对记录进行操作，然后提交事务后释放排它锁。

2. 乐观锁

乐观锁是相对悲观锁来说的，它认为数据在一般情况下不会造成冲突，所以在访问记录前不会加排它锁，而是在进行数据提交更新时，才会正式对数据冲突与否进行检测。

乐观锁的实现方式主要有两种，一种是CAS（Compare and Swap，比较并交换）机制，一种是版本号机制。

• CAS机制： CAS操作包括了三个操作数，分别是需要读取的内存位置（V）、进行比较的预期值（A）和拟写入的新值（B），操作逻辑是，如果内存位置V的值等于预期值A，则将该位置更新为新值B，否则不进行操作。另外，许多CAS操作都是自旋的，意思就是，如果操作不成功，就会一直重试，直到操作成功为止。
• 版本号机制： 版本号机制的基本思路，是在数据中增加一个version字段用来表示该数据的版本号，每当数据被修改版本号就会加1。当某个线程查询数据的时候，会将该数据的版本号一起读取出来，之后在该线程需要更新该数据的时候，就将之前读取的版本号与当前版本号进行比较，如果一致，则执行操作，如果不一致，则放弃操作。

二、公平锁与非公平锁

根据线程获取锁的抢占机制，锁可以分为公平锁和非公平锁，公平锁表示线程获取锁的顺序是按照线程请求锁的时间早晚来决定的，也就是最早请求锁的线程将最早获取到锁。而非公平锁则在运行时闯入，也就是先来不一定先得。

ReentrantLock提供了公平和非公平锁的实现。

● 公平锁：ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock（true）。

● 非公平锁：ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock（false）。如果构造函数不传递参数，则默认是非公平锁。

例如，假设线程A已经持有了锁，这时候线程B请求该锁其将会被挂起。当线程A释放锁后，假如当前有线程C也需要获取该锁，如果采用非公平锁方式，则根据线程调度策略，线程B和线程C两者之一可能获取锁，这时候不需要任何其他干涉，而如果使用公平锁则需要把C挂起，让B获取当前锁。

在没有公平性需求的前提下尽量使用非公平锁，因为公平锁会带来性能开销。

三、独占锁和共享锁

根据锁只能被单个线程持有还是能被多个线程共同持有，锁可以分为独占锁和共享锁。

独占锁保证任何时候都只有一个线程能得到锁，ReentrantLock就是以独占方式实现的。共享锁则可以同时由多个线程持有，例如ReadWriteLock读写锁，它允许一个资源可以被多线程同时进行读操作。

独占锁是一种悲观锁，由于每次访问资源都先加上互斥锁，这限制了并发性，因为读操作并不会影响数据的一致性，而独占锁只允许在同一时间由一个线程读取数据，其他线程必须等待当前线程释放锁才能进行读取。

四、可重入锁

当一个线程要获取一个被其他线程持有的独占锁时，该线程会被阻塞，那么当一个线程再次获取它自己已经获取的锁时是否会被阻塞呢？如果不被阻塞，那么我们说该锁是可重入的，也就是只要该线程获取了该锁，那么可以无限次数（在高级篇中我们将知道，严格来说是有限次数）地进入被该锁锁住的代码。

下面看一个例子，看看在什么情况下会使用可重入锁。

public class Hello
    public synchronized void helloA()
        System.out.println("hello");
    
    public synchronized void helloB()
        System.out.println("hello B");
        helloA();
    

在如上代码中，调用helloB方法前会先获取内置锁，然后打印输出。之后调用helloA方法，在调用前会先去获取内置锁，如果内置锁不是可重入的，那么调用线程将会一直被阻塞。

实际上，synchronized内部锁是可重入锁。可重入锁的原理是在锁内部维护一个线程标示，用来标示该锁目前被哪个线程占用，然后关联一个计数器。一开始计数器值为0，说明该锁没有被任何线程占用。当一个线程获取了该锁时，计数器的值会变成1，这时其他线程再来获取该锁时会发现锁的所有者不是自己而被阻塞挂起。

但是当获取了该锁的线程再次获取锁时发现锁拥有者是自己，就会把计数器值加+1，当释放锁后计数器值-1。当计数器值为0时，锁里面的线程标示被重置为null，这时候被阻塞的线程会被唤醒来竞争获取该锁。

五、自旋锁

由于Java中的线程是与操作系统中的线程一一对应的，所以当一个线程在获取锁（比如独占锁）失败后，会被切换到内核状态而被挂起。当该线程获取到锁时又需要将其切换到内核状态而唤醒该线程。而从用户状态切换到内核状态的开销是比较大的，在一定程度上会影响并发性能。自旋锁则是，当前线程在获取锁时，如果发现锁已经被其他线程占有，它不马上阻塞自己，在不放弃CPU使用权的情况下，多次尝试获取（默认次数是10，可以使用-XX:PreBlockSpinsh参数设置该值），很有可能在后面几次尝试中其他线程已经释放了锁。如果尝试指定的次数后仍没有获取到锁则当前线程才会被阻塞挂起。由此看来自旋锁是使用CPU时间换取线程阻塞与调度的开销，但是很有可能这些CPU时间白白浪费了。

学习记录，不断沉淀，终究会成为一个优秀的程序员，加油！
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