JAVA锁

Posted 2021-03-16 故意养只喵叫顺儿

JAVA锁

前言

JAVA中常用的锁其实是有很多的，但是，一般来说我们常见到的可能就是几种

下面用一个图来简单表示一下

下面来简单介绍一下

一，synchronized

synchronized关键字的用法有很多，最常用的可能就是在一个方法上加上这个关键字，然后就锁住了，那么它的原理是什么呢？

我们知道JAVA对象其实分为对象头，对象体，对齐填充。

先解释一下这三个东西

1，对象头

这里面有什么东西呢？都是一些隐性的必须品

你一个对象要放在内存，你要有地址吧？那么有个东西叫内存地址，也就是哈希码

你一个对象是哪个线程的，你要知道吧？那么有个东西是threadId。

你一个对象有锁吧？那么有个东西是锁

你一个锁有状态吧？那么有个东西是锁状态

你一个对象要GC吧？那么又个东西叫GC标志

等等。

2，对象体

你一个对象有数据吧？都在里面

3，对齐填充

这玩意儿其实就是对齐用的，相信大家学JAVA的时候都学过基本数据类型int,long什么的，他们占多少字节，对吧？这东西，大家学过，但是很容易就忘记了，因为敲代码没什么用。那么一个对象占多少字节呢？

一般来说是8的倍数，那么对齐填充就是来补位的。也就是对象头+对象体+对齐填充=n*8。

 

在对象头里有个东西叫Monitor,synchronized能锁住，其实就是靠这个东西。

那么加了锁，就要释放，那么释放又是什么呢？是由JVM来做的。

synchronized的底层其实是什么呢，其实是Mutex，这个东西是什么呢？大家都知道JVM是C和汇编弄出来的。Mutex其实是这个层面的东西，比如对应在汇编里有个东西叫tsl（大家百度一下）。

那么一个synchronized的执行过程大概是什么呢？

1. 检测Mark Word里面是不是当前线程的ID，如果是，表示当前线程处于偏向锁

2. 如果不是，则使用CAS将当前线程的ID替换Mard Word，如果成功则表示当前线程获得偏向锁，置偏向标志位1

3. 如果失败，则说明发生竞争，撤销偏向锁，进而升级为轻量级锁。

4. 当前线程使用CAS将对象头的Mark Word替换为锁记录指针，如果成功，当前线程获得锁

5. 如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

6. 如果自旋成功则依然处于轻量级状态。

7. 如果自旋失败，则升级为重量级锁。

 

二，AQS

这玩意儿叫同步器，一般来说，你写代码的时候，没碰过这东西。因为这是个父类，但是你写多线程的时候肯定用过它的实现类，比如ReentrantLock;Countdownlatch等。这两个东西怎么用就不说了。

他们的底层实现都是AQS。

复杂的源码分析就不说了。

简单点说就是下面这个图

 

AQS就是个链表构成的队列加上volatile关键字。

在AQS中有个属性

private volatile int state;

举个例子

单线程的时候：

假设state=0，你用ReentrantLock的时候，锁住了一个方法，当一个线程来的时候进入队列，state变成了1，OK，方法往下走，走完了state=0，没问题。

多线程的时候：

假设state=0，你用ReentrantLock的时候，锁住了一个方法，当N个线程进来的时候进入队列，队列里第一个线程拿到了锁，state变成了1，OK，方法往下走；队列里第二个线程去拿锁，发现state=1，失败了，就等待，后面的可以简单认为也是这样。当第一个线程走完了，释放了锁，出队列了；第二个线程变成第一个了，拿到了锁，那么第二个就执行，以此类推。

 

三，CAS

这个玩意儿，一般来说，写代码的时候，你应该是没有用过的。如果你用IDEA，用了lambda表达式的流处理并且想改变里面的int一类类型的值的话，IDEA会提示你用AtomicInteger或数组。

AtomicInteger（原子类）这一类的东西底层就是CAS，中文就是比较和交换。他的底层是啥呢？

 

volatile，要了解这个东西，其实要知道JVM的线程模型，如下图

 

JVM的线程模型和操作系统是对应的，当一个线程过来的时候是需要到主存里去拿东西的。

举个例子

单线程的时候：

在主存里有X，线程A要修改X，那么来拿X，拿到之后，把X记录在线程A里，然后把X修改成Y，完了以后，就有2个东西了，一个X（旧），一个是X（新），现在要把X（新）放回主存，那么就要先拿X（旧）和主存里的X比较一下，看看是不是一样的，如果是就把主存里的X变成X（新），如果不是一样的，就失败了。

多线程的时候：

在主存里有X，线程A要修改X，线程B也要修改X，那么都来拿X，拿到之后，A把X记录在线程A里，B把X记录在线程B里，然后A把X修改成Y，B把X修改成Z，完了以后，就都有2个东西了，一个X（旧），一个是X（新），现在要把X（新）放回主存，那么就要先拿X（旧）和主存里的X比较一下，看看是不是一样的，如果是就把主存里的X变成X（新），如果不是一样的，就失败了，那么A和B肯定会有一个成功一个失败。

 

怎么样？是不是有点熟悉的感觉。CAS这个东西简单点说就是乐观锁 。

这里提一下，在内存里有个东西叫缓存一致性协议，这个东西其实是volatile能实现的原因。

 

下面还有一些经常听见，但是其实你模糊的一些锁

1，自旋锁

这玩意其实是个优化功能，你写代码是不会写到它的，都是源码实现的。就是线程的唤醒，休眠什么的耗性能，所以弄了个这个东西出来，他是怎么实现的呢？其实就是for循环。。。

2，偏向锁

这玩意其实也是个优化功能，你写代码是不会写到它的，都是源码实现的。就是一个锁，第一个线程进来的时候，会记录一下这个线程，如果下一个也是他的话，就会比较快。。。

3，可重入锁

这玩意，你写代码是不会写到它的，都是源码实现的。其实就是一个线程拿到锁之后，他自己还可以拿第二次，第三次。。。代码的原理其实是有一个status的值记录一下，拿一次就+1，用完了就-1，再底层一点就是有个东西叫程序计数器。。。

4，乐观锁

CAS

5，悲观锁

synchronized