zbb20180929 thread 自旋锁阻塞锁可重入锁悲观锁乐观锁读写锁对象锁和类锁

Posted 2021-01-09 super-admin

1、自旋锁
自旋锁可以使线程在没有取得锁的时候，不被挂起，而转去执行一个空循环，（即所谓的自旋，就是自己执行空循环），若在若干个空循环后，线程如果可以获得锁，则继续执行。若线程依然不能获得锁，才会被挂起。
使用自旋锁后，线程被挂起的几率相对减少，线程执行的连贯性相对加强。因此，对于那些锁竞争不是很激烈，锁占用时间很短的并发线程，具有一定的积极意义，但对于锁竞争激烈，单线程锁占用很长时间的并发程序，自旋锁在自旋等待后，往往毅然无法获得对应的锁，不仅仅白白浪费了CPU时间，最终还是免不了被挂起的操作 ，反而浪费了系统的资源。
在JDK1.6中，Java虚拟机提供-XX:+UseSpinning参数来开启自旋锁，使用-XX:PreBlockSpin参数来设置自旋锁等待的次数。
在JDK1.7开始，自旋锁的参数被取消，虚拟机不再支持由用户配置自旋锁，自旋锁总是会执行，自旋锁次数也由虚拟机自动调整。

可能引起的问题：
1.过多占据CPU时间：如果锁的当前持有者长时间不释放该锁，那么等待者将长时间的占据cpu时间片，导致CPU资源的浪费，因此可以设定一个时间，当锁持有者超过这个时间不释放锁时，等待者会放弃CPU时间片阻塞；
2.死锁问题：试想一下，有一个线程连续两次试图获得自旋锁（比如在递归程序中），第一次这个线程获得了该锁，当第二次试图加锁的时候，检测到锁已被占用（其实是被自己占用），那么这时，线程会一直等待自己释放该锁，而不能继续执行，这样就引起了死锁。因此递归程序使用自旋锁应该遵循以下原则：递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己，也决不能在递归调用时试图获得相同的自旋锁。

2、阻塞锁
让线程进入阻塞状态进行等待，当获得相应的信号（唤醒，时间） 时，才可以进入线程的准备就绪状态，准备就绪状态的所有线程，通过竞争，进入运行状态。。
JAVA中，能够进入退出、阻塞状态或包含阻塞锁的方法有 ，synchronized 关键字（其中的重量锁），ReentrantLock，Object.wait() otify()

3、可重入锁
可重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。
在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁
下面是使用实例

public class Test implements Runnable{

public synchronized void get(){
System.out.println(Thread.currentThread().getId());
set();
}

public synchronized void set(){
System.out.println(Thread.currentThread().getId());
}

@Override
public void run() {
get();
}
public static void main(String[] args) {
Test ss=new Test();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
}
}

public class Test implements Runnable {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void get() {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getId());
set();
lock.unlock();
}

public void set() {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getId());
lock.unlock();
}

@Override
public void run() {
get();
}

public static void main(String[] args) {
Test ss = new Test();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
}
}

两个例子最后的结果都是正确的，即 同一个线程id被连续输出两次。

 

结果如下：
Threadid: 8
Threadid: 8
Threadid: 10
Threadid: 10
Threadid: 9
Threadid: 9
可重入锁最大的作用是避免死锁
我们以自旋锁作为例子，

public class SpinLock {
private AtomicReference<Thread> owner =new AtomicReference<>();
public void lock(){
Thread current = Thread.currentThread();
while(!owner.compareAndSet(null, current)){
}
}
public void unlock (){
Thread current = Thread.currentThread();
owner.compareAndSet(current, null);
}
}

对于自旋锁来说，
1、若有同一线程两调用lock() ，会导致第二次调用lock位置进行自旋，产生了死锁
说明这个锁并不是可重入的。（在lock函数内，应验证线程是否为已经获得锁的线程）
2、若1问题已经解决，当unlock（）第一次调用时，就已经将锁释放了。实际上不应释放锁。
（采用计数次进行统计）
修改之后，如下：

public class SpinLock1 {
private AtomicReference<Thread> owner =new AtomicReference<>();
private int count =0;
public void lock(){
Thread current = Thread.currentThread();
if(current==owner.get()) {
count++;
return ;
}
while(!owner.compareAndSet(null, current)){
}
}
public void unlock (){
Thread current = Thread.currentThread();
if(current==owner.get()){
if(count!=0){
count--;
}else{
owner.compareAndSet(current, null);
}
}
}
}

该自旋锁即为可重入锁。

4 悲观锁和乐观锁
悲观锁(Pessimistic Lock), 顾名思义就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。独占锁是悲观锁的一种实现

乐观锁(Optimistic Lock), 顾名思义，就是很乐观，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，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库如果提供类似于write_condition机制的其实都是提供的乐观锁。使用CAS来保证,保证这个操作的原子性

两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下，即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果经常产生冲突，上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以这种情况下用悲观锁就比较合适。

参考：http://www.cnblogs.com/softidea/p/5309312.html
http://blog.csdn.net/hongchangfirst/article/details/26004335

7 读-写锁
Lock接口以及对象，使用它，很优雅的控制了竞争资源的安全访问，但是这种锁不区分读写，称这种锁为普通锁。为了提高性能，Java提供了读写锁，在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的,在一定程度上提高了程序的执行效率。
Java中读写锁有个接口java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock，也有具体的实现ReentrantReadWriteLock，详细的API可以查看JavaAPI文档。
ReentrantReadWriteLock 和 ReentrantLock 不是继承关系，但都是基于 AbstractQueuedSynchronizer 来实现。
lock方法 是基于CAS 来实现的
ReadWriteLock中暴露了两个Lock对象：

在读写锁的加锁策略中，允许多个读操作同时进行，但每次只允许一个写操作。读写锁是一种性能优化的策略。

RentrantReadWriteLock在构造时也可以选择是一个非公平的锁（默认）还是公平的锁。

8 对象锁和类锁
java的对象锁和类锁在锁的概念上基本上和内置锁是一致的，但是，两个锁实际是有很大的区别的，对象锁是用于对象实例方法，或者一个对象实例上的，类锁是用于类的静态方法或者一个类的class对象上的。
类的对象实例可以有很多个，但是每个类只有一个class对象，所以不同对象实例的对象锁是互不干扰的，但是每个类只有一个类锁。但是有一点必须注意的是，其实类锁只是一个概念上的东西，并不是真实存在的，它只是用来帮助我们理解锁定实例方法和静态方法的区别的.
synchronized只是一个内置锁的加锁机制，当某个方法加上synchronized关键字后，就表明要获得该内置锁才能执行，并不能阻止其他线程访问不需要获得该内置锁的方法。

调用对象wait()方法时，会释放持有的对象锁，以便于调用notify方法使用。notify()调用之后，会等到notify所在的线程执行完之后再释放锁


9：锁粗化（Lock Coarsening）：
锁粗化的概念应该比较好理解，就是将多次连接在一起的加锁、解锁操作合并为一次，将多个连续的锁扩展成一个范围更大的锁。举个例子：

 

1 package com.paddx.test.string;
2
3 public class StringBufferTest {
4 StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
5
6 public void append(){
7 stringBuffer.append("a");
8 stringBuffer.append("b");
9 stringBuffer.append("c");
10 }
11 }

　　这里每次调用stringBuffer.append方法都需要加锁和解锁，如果虚拟机检测到有一系列连串的对同一个对象加锁和解锁操作，就会将其合并成一次范围更大的加锁和解锁操作，即在第一次append方法时进行加锁，最后一次append方法结束后进行解锁。

10 互斥锁
互斥锁, 指的是一次最多只能有一个线程持有的锁。如Java的Lock



虽然StringBuffer的append是一个同步方法，但是这段程序中的StringBuffer属于一个局部变量，并且不会从该方法中逃逸出去，所以其实这过程是线程安全的，可以将锁消除。下面是我本地执行的结果

12、信号量
线程同步工具：Semaphore

http://ifeve.com/java_lock_see/
http://www.cnblogs.com/paddix/p/5405678.html
http://www.cnblogs.com/softidea/p/5530761.html

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