可爱的程序员哟，你忘掉的是这堆Java锁呢？还是这把死锁呢？

Posted 2021-04-26 享学课堂online

小故事：

很久很久以前，有一个伙计，在他掌柜那里算完账，已经到了三更半夜才回家，手上拿着一把用了十年的算盘。

走着走着，就来到了他每天上班途中都要经过的河边，一不小心被石头绊了一下，算盘被扔进了漆黑的河里。这个伙计非常着急，拿个算盘可是他赖以生存的“宝贝”。

这时，河神从河里冒了出来，开口问这个伙计：“可爱的伙计哟，你掉在河里的是这个金算盘呢？还是这个银算盘呢？”

伙计十分诚实，摇了摇头，我掉的是一把破木算盘。河神被这个伙计的诚实打动了，把金、银算盘都送给了他。

后来，过了很久很久，有一个程序员到了凌晨2点才下班，拿着笔记本电脑，走在每天上下班都要经过的桥上。

走着走着，他非常的困，一不小心把手上的笔记本电脑掉到了河里，他想都没想，就从桥上跳了下去，要把笔记本电脑打捞起来。

这时，河神从河里冒了出来，开口问这个程序员：“可爱的程序员哟，你下班这么晚，你是忘掉了这一堆Java锁呢？还是这一把死锁呢？”

程序员一听，非常高兴，忙问河神：“您的意思是如果我说实话的话，你会把这些都放进我脑子里面，对吗？”

河神回答道：“不是的哟，我只是想告诉你，你脑子进水了哟！”

Java锁

• 乐观锁

• 悲观锁

• 自旋锁

• Synchronized 同步锁

• ReentrantLock

• Semaphore 信号量

• AtomicInteger

• 可重入锁（递归锁）

• 公平锁与非公平锁

• ReadWriteLock 读写锁

• 共享锁和独占锁

• 重量级锁

• 轻量级锁

• 偏向锁

• 分段锁

• 锁优化

1、乐观锁

乐观锁是一种乐观思想，即认为读多写少，遇到并发写的可能性低，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，采取在写时先读出当前版本号，然后加锁操作（比较跟上一次的版本号，如果一样则更新），如果失败则要重复读-比较-写的操作。

Java 中的乐观锁基本都是通过 CAS 操作实现的，CAS 是一种更新的原子操作，比较当前值跟传入值是否一样，一样则更新，否则失败。

---

2、悲观锁

悲观锁是就是悲观思想，即认为写多，遇到并发写的可能性高，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在读写数据的时候都会上锁，这样别人想读写这个数据就会 block 直到拿到锁。java中的悲观锁就是Synchronized，AQS框架下的锁则是先尝试cas乐观锁去获取锁，获取不到，才会转换为悲观锁，如 RetreenLock。

---

3、自旋锁

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。

线程自旋是需要消耗 cup 的，说白了就是让 cup 在做无用功，如果一直获取不到锁，那线程也不能一直占用 cup 自旋做无用功，所以需要设定一个自旋等待的最大时间。

如果持有锁的线程执行的时间超过自旋等待的最大时间扔没有释放锁，就会导致其它争用锁的线程在最大等待时间内还是获取不到锁，这时争用线程会停止自旋进入阻塞状态。

① 自旋锁的优缺点

自旋锁尽可能的减少线程的阻塞，这对于锁的竞争不激烈，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，这些操作会导致线程发生两次上下文切换！

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，占着 XX 不 XX，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 cup 的线程又不能获取到 cpu，造成 cpu 的浪费。所以这种情况下我们要关闭自旋锁；

② 自旋锁时间阈值（1.6 引入了适应性自旋锁）

自旋锁的目的是为了占着 CPU 的资源不释放，等到获取到锁立即进行处理。但是如何去选择自旋的执行时间呢？如果自旋执行时间太长，会有大量的线程处于自旋状态占用 CPU 资源，进而会影响整体系统的性能。因此自旋的周期选的格外重要！

JVM 对于自旋周期的选择，jdk1.5 这个限度是一定的写死的，在 1.6 引入了适应性自旋锁，适应性自旋锁意味着自旋的时间不在是固定的了，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间以及锁的拥有者的状态来决定，基本认为一个线程上下文切换的时间是最佳的一个时间，同时 JVM 还针对当前 CPU 的负荷情况做了较多的优化，如果平均负载小于 CPUs 则一直自旋，如果有超过(CPUs/2)个线程正在自旋，则后来线程直接阻塞，如果正在自旋的线程发现 Owner 发生了变化则延迟自旋时间（自旋计数）或进入阻塞，如果 CPU 处于节电模式则停止自旋，自旋时间的最坏情况是 CPU的存储延迟（CPU A 存储了一个数据，到 CPU B 得知这个数据直接的时间差），自旋时会适当放弃线程优先级之间的差异。

③ 自旋锁的开启

JDK1.6 中-XX:+UseSpinning 开启；

-XX:PreBlockSpin=10 为自旋次数；

JDK1.7 后，去掉此参数，由 jvm 控制；

---

4、Synchronized 同步锁

synchronized 它可以把任意一个非 NULL 的对象当作锁。他属于独占式的悲观锁，同时属于可重入锁。

① Synchronized 作用范围

1. 作用于方法时，锁住的是对象的实例(this)；

2. 当作用于静态方法时，锁住的是Class实例，又因为Class的相关数据存储在永久带PermGen（jdk1.8 则是 metaspace），永久带是全局共享的，因此静态方法锁相当于类的一个全局锁，会锁所有调用该方法的线程；

3. synchronized 作用于一个对象实例时，锁住的是所有以该对象为锁的代码块。它有多个队列，当多个线程一起访问某个对象监视器的时候，对象监视器会将这些线程存储在不同的容器中。

② Synchronized 核心组件

1) Wait Set：哪些调用 wait 方法被阻塞的线程被放置在这里；

2) Contention List：竞争队列，所有请求锁的线程首先被放在这个竞争队列中；

3) Entry List：Contention List 中那些有资格成为候选资源的线程被移动到 Entry List 中；

4) OnDeck：任意时刻，最多只有一个线程正在竞争锁资源，该线程被成为 OnDeck；

5) Owner：当前已经获取到所资源的线程被称为 Owner；

6) !Owner：当前释放锁的线程。

③ Synchronized 实现

1. JVM 每次从队列的尾部取出一个数据用于锁竞争候选者（OnDeck），但是并发情况下，

ContentionList 会被大量的并发线程进行 CAS 访问，为了降低对尾部元素的竞争，JVM 会将

一部分线程移动到 EntryList 中作为候选竞争线程。

2. Owner 线程会在 unlock 时，将 ContentionList 中的部分线程迁移到 EntryList 中，并指定

EntryList 中的某个线程为 OnDeck 线程（一般是最先进去的那个线程）。

3. Owner 线程并不直接把锁传递给 OnDeck 线程，而是把锁竞争的权利交给 OnDeck，

OnDeck 需要重新竞争锁。这样虽然牺牲了一些公平性，但是能极大的提升系统的吞吐量，在

JVM 中，也把这种选择行为称之为“竞争切换”。

......

10. 锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级到重量级锁。这种升级过程叫做锁膨胀；

11. JDK 1.6 中默认是开启偏向锁和轻量级锁，可以通过-XX:-UseBiasedLocking 来禁用偏向锁。

---

5、ReentrantLock

ReentantLock 继承接口 Lock 并实现了接口中定义的方法，他是一种可重入锁，除了能完成synchronized 所能完成的所有工作外，还提供了诸如可响应中断锁、可轮询锁请求、定时锁等避免多线程死锁的方法。

① Lock 接口的主要方法

1. void lock()：执行此方法时，如果锁处于空闲状态，当前线程将获取到锁。相反，如果锁已经被其他线程持有，将禁用当前线程，直到当前线程获取到锁。

2. boolean tryLock()：如果锁可用，则获取锁，并立即返回 true，否则返回 false。该方法和lock()的区别在于，tryLock()只是"试图"获取锁，如果锁不可用，不会导致当前线程被禁用当前线程仍然继续往下执行代码。而 lock()方法则是一定要获取到锁，如果锁不可用，就一直等待，在未获得锁之前，当前线程并不继续向下执行。

......

15. tryLock（）：尝试获得锁，仅在调用时锁未被线程占用，获得锁。

16. tryLock(long timeout TimeUnit unit)：如果锁在给定等待时间内没有被另一个线程保持，则获取该锁。

② 非公平锁

JVM 按随机、就近原则分配锁的机制则称为不公平锁，ReentrantLock 在构造函数中提供了是否公平锁的初始化方式，默认为非公平锁。非公平锁实际执行的效率要远远超出公平锁，除非程序有特殊需要，否则最常用非公平锁的分配机制。

③ 公平锁

公平锁指的是锁的分配机制是公平的，通常先对锁提出获取请求的线程会先被分配到锁，ReentrantLock 在构造函数中提供了是否公平锁的初始化方式来定义公平锁。

④ ReentrantLock 与 synchronized

1. ReentrantLock 通过方法 lock()与 unlock()来进行加锁与解锁操作，与 synchronized 会被 JVM 自动解锁机制不同，ReentrantLock 加锁后需要手动进行解锁。为了避免程序出现异常而无法正常解锁的情况，使用 ReentrantLock 必须在 finally 控制块中进行解锁操作。

2. ReentrantLock 相比 synchronized 的优势是可中断、公平锁、多个锁。这种情况下需要使用ReentrantLock。

⑤ ReentrantLock 实现

⑥ Condition 类和 Object 类锁方法区别区别

⑦ tryLock 和 lock 和 lockInterruptibly 的区别

WC，还有好多

还有...

还有...

图看不清楚？

想要文档？

详细文档获取方式：

扫码添加晴栀小姐姐微信

免费领取！！！

往期精选

CHOICENESS

是兄弟，就来 “kan” 我