线程同步互斥锁和读写锁的区别和各自适用场景

Posted 2023-05-02

参考技术A 读写锁特点：

1）多个读者可以同时进行读
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）
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）

互斥锁特点：

一次只能一个线程拥有互斥锁，其他线程只有等待

自旋锁：

一次只能有一个进程进入临界区，读写锁是自旋锁的一个特例。

应用场景：

以队列操作为例：

线程A对队列负责将数据写入队列。须采取“互斥锁”或“读写锁的写锁”

线程B队列负责从队列读出数据。须采取“互斥锁”或“读写锁的写锁”，读队列操作，不可采取“读写锁的读锁”，因为从队列读出数据时，需要更改队列本身的下标索引，如果多个线程同时操作该队列的话，就会导致队列下标索引混乱。 参考技术B 奴隶制儇焚ww

锁详解区分 互斥锁⾃旋锁读写锁乐观锁悲观锁

锁

今天看了下常见的几种锁：

互斥锁、⾃旋锁、读写锁、乐观锁、悲观锁，总结一下

互斥锁和自旋锁

最底层的就是互斥锁和自旋锁，有很多⾼级的锁都是基于它们实现的

加锁的⽬的就是保证共享资源在任意时间⾥，只有⼀个线程访问，这样就可以避免多线程导致共享数据错乱的问题

互斥锁和⾃旋锁的区别就是对于加锁失败后的处理⽅式是不⼀样的：

• 互斥锁加锁失败后，线程会释放CPU，给其他线程。加锁的代码就会被阻塞。
• 自旋锁加锁失败后，线程会忙等待，也就是一直请求加锁，直到它拿到锁

也就是当加锁失败时，互斥锁⽤「线程切换」来应对，⾃旋锁则⽤「忙等待」来应对。

如图

所以，互斥锁加锁失败，会从用户态陷入到内核态，让内核帮我们切换线程，这会有两次线程上下文切换的成本，具有一定的性能开销：

• 当线程加锁失败时，内核会把线程的状态从运行状态设置为睡眠状态，然后把CPU切换给其他线程运行
• 当锁被释放时，之前睡眠状态的线程会变为就绪状态，然后内核会在合适时间，把CPU切换给该线程运行

因为虚拟内存是共享的，这里上下文切换的是线程私有数据、寄存器等不共享的数据

所以如果代码运行时间很短，可以考虑不用互斥锁，而是选用自旋锁

自旋锁是通过CPU提供的CAS函数数（Compare And Swap），在用户态完成加锁和解锁操作，不会主动产生线程上下文切换，所以相比较互斥锁来说，会快一点，开销也小一点

⼀般加锁的过程，包含两个步骤：

第⼀步，查看锁的状态，如果锁是空闲的，则执⾏第⼆步；

第⼆步，将锁设置为当前线程持有；

CAS函数就把这两步骤合并成一条硬件级指令，形成原子指令

读写锁

读写锁由读锁和写锁两部分构成，如果只读共享资源用读锁加锁，如果需要修改共享资源则用写锁加锁

工作原理：

当写锁没有被线程持有时，多个线程可以并发地持有读锁，但是当写锁被线程持有后，其他线程获取读锁和写锁的操作都会阻塞

读写锁在读多写少的场景，能发挥出优势

根据实现的不同分为读优先锁和写优先锁

读优先锁：

写优先锁：

但是这两种都会造成线程“饥饿”的问题，比如

读优先锁：一直有读线程获取读锁，那么写线程将永远获取不到，造成写线程“饥饿”。

写优先锁：如果⼀直有写线程获取写锁，读线程也会被「饿死」。

所以我们可以搞一个公平读写锁

公平读写锁⽐较简单的⼀种⽅式是：⽤队列把获取锁的线程排队，不管是写线程还是读线程都按照先进先出的原则加锁即可，这样读线程仍然可以并发，也不会出现「饥饿」的现象。

乐观锁 悲观锁

悲观锁：认为多线程同时修改共享资源的概率⽐较⾼，于是很容易出现冲突，所以访问共享资源前，先要上锁。

前⾯提到的互斥锁、⾃旋锁、读写锁，都是属于悲观锁。

乐观锁：假定冲突的概率很低，它的⼯作⽅式是：先修改完共享资源，再验证这段时间内有没有发⽣冲突，如果没有其他线程在修改资源，那么操作完成，如果发现有其他线程已经修改过这个资源，就放弃本次操作。另外虽然叫锁，但是乐观锁全程并没有加锁，所以它也叫⽆锁编程。

一般会使用版本号机制或CAS算法实现