常见的几种锁

Posted 2021-11-26 xiaobai1202

1.悲观锁  for update

　　　　悲观锁认为每次查询数据数据都会造成数据的更新或者丢失问题，所以每次查询都会加上排它锁。

　　　　

　　　　如图所示，当两条线程同时访问该sql语句时，可能会造成脏读数据user_money为原来的两倍（假设线程一执行完第一句等待，线程二将两句全部执行完，这时线程一如果继续执行则会脏读数据）

　　　使用悲观锁则通过在其后加for update后，仅允许一个连接查询数据也就是只要一个连接获得锁后，其他连接则只能等待该锁的释放。

　　　缺点：每次都只有一个连接进行操作，效率非常低，适合查询量低的情况。

2.乐观锁  version

　　　乐观锁认为每次查询都不会造成数据更新丢失，使用版本字段控制。（version机制）

　　 

　　　　如图所示，每一次执行更新操作时，都要将version字段加一，这样其他连接就不能通过之前的version查找到该条数据，从而保证不重复读写。

　　　优点：可并发运行，效率高          缺点：需要增加一个维护字段version，而且可能会出现查不到数据的情况。

3.重入锁 ReentrantLock

　　

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。

非重入锁进行以上操作的话就会产生死锁。

简单的说就是当外层获取到某一把锁，若该锁是可重入锁，则默认内层所有代码都获取了该锁。

可重入锁有一个状态计数器，每当获取一次该锁，计数器的数值就会加一。每次释放锁，计数器的数值就会减一，只有当计数器的值减到0的时候，才会真正释放该锁，其他线程才可重新获取该锁。

如果一把锁是不可重入锁时，当外层获取该锁后，内层的代码再次获取该锁时，由于外层没有释放，内层就获取不到而阻塞，导致程序等待，而外层也因此无法释放锁，就产生了死锁。

 1 public class Test02 extends Thread {
 2     ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
 3     public void get() {
 4         lock.lock();
 5         System.out.println(Thread.currentThread().getId());
 6         set();
 7         lock.unlock();
 8     }
 9     public void set() {
10         lock.lock();
11         System.out.println(Thread.currentThread().getId());
12         lock.unlock();
13     }
14     @Override
15     public void run() {
16         get();
17     }
18     public static void main(String[] args) {
19         Test ss = new Test();
20         new Thread(ss).start();
21         new Thread(ss).start();
22         new Thread(ss).start();
23     }
24  
25 }

 

4.读写锁 ReentrantReadWriteLock

　　　　假设你的程序中涉及到对一些共享资源的读和写操作，且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候，两个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程能在同时读取共享资源。

　　　　但是如果有一个线程想去写这些共享资源，就不应该再有其它线程对该资源进行读或写（也就是说：读-读能共存，读-写不能共存，写-写不能共存）。这就需要一个读/写锁来解决这个问题。

　　　　常用于缓存设计。

  1 public class Cache {
  2     private static volatile Map<String,Object> map=new HashMap<>();
  3  
  4     private static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock=new ReentrantReadWriteLock();
  5  
  6     private static Lock r=reentrantReadWriteLock.readLock();
  7     private static Lock w=reentrantReadWriteLock.writeLock();
  8     /**
  9      * 写
 10      * @param key
 11      * @param object
 12      */
 13     public static void put(String key,Object object){
 14         try{
 15 //            w.lock();
 16             System.out.println("正在写入key:"+key+",value:"+object+"开始。。");
 17             Thread.sleep(100);
 18             Object obj=map.put(key,object);
 19             System.out.println("写入key:"+key+",value:"+object+"结束。。");
 20         } catch (Exception e) {
 21             e.printStackTrace();
 22         } finally {
 23 //            w.unlock();
 24         }
 25     }
 26  
 27     /**
 28      * 读
 29      * @param key
 30      * @return
 31      */
 32     public static Object get(String key){
 33         try{
 34 //            r.lock();
 35             System.out.println("正在读取key:"+key+"开始。。");
 36             Thread.sleep(100);
 37             Object obj=map.get(key);
 38             System.out.println("读取key:"+key+",value:"+obj+"结束。。");
 39             return obj;
 40         } catch (Exception e) {
 41             e.printStackTrace();
 42         } finally {
 43 //            r.unlock();
 44         }
 45         return null;
 46     }
 47  
 48     public static void main(String[] args) {
 49         new Thread(new Runnable() {
 50             @Override
 51             public void run() {
 52                 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 53                     Cache.put(i+"",i+"");
 54                 }
 55             }
 56         }).start();
 57         new Thread(new Runnable() {
 58             @Override
 59             public void run() {
 60                 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 61                     System.out.println(Cache.get(i+""));
 62                 }
 63             }
 64         }).start();
 65     }
 66 }
 67  
 68 输出如下：
 69 正在写入key:0,value:0开始。。
 70 正在读取key:0开始。。
 71 读取key:0,value:null结束。。
 72 写入key:0,value:0结束。。
 73 正在写入key:1,value:1开始。。
 74 null
 75 正在读取key:1开始。。
 76 读取key:1,value:null结束。。
 77 null
 78 写入key:1,value:1结束。。
 79 正在写入key:2,value:2开始。。
 80 正在读取key:2开始。。
 81 写入key:2,value:2结束。。
 82 读取key:2,value:null结束。。
 83 null
 84 正在写入key:3,value:3开始。。
 85 正在读取key:3开始。。
 86 写入key:3,value:3结束。。
 87 读取key:3,value:null结束。。
 88 null
 89 正在读取key:4开始。。
 90 正在写入key:4,value:4开始。。
 91 写入key:4,value:4结束。。
 92 读取key:4,value:4结束。。
 93 4
 94 正在写入key:5,value:5开始。。
 95 正在读取key:5开始。。
 96 读取key:5,value:null结束。。
 97 null
 98 正在读取key:6开始。。
 99 写入key:5,value:5结束。。
100 正在写入key:6,value:6开始。。
101 写入key:6,value:6结束。。
102 正在写入key:7,value:7开始。。
103 读取key:6,value:6结束。。
104 6
105 正在读取key:7开始。。
106 读取key:7,value:null结束。。
107 null
108 正在读取key:8开始。。
109 写入key:7,value:7结束。。
110 正在写入key:8,value:8开始。。
111 写入key:8,value:8结束。。
112 正在写入key:9,value:9开始。。
113 读取key:8,value:8结束。。
114 8
115 正在读取key:9开始。。
116 写入key:9,value:9结束。。
117 读取key:9,value:9结束。。
118 9

　　　　可以看到，在进行写操作的时候进行了读取操作，这样就造成数据不安全，将注释掉的锁代码打开后就可以实现读写分离保证数据安全。

5. CAS 无锁机制

　　　　CAS :  Compare And Swap  原子类底层使用CAS无锁机制实现保证线程安全，CAS无锁机制效率比有锁机制高。

（1）与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。

　　  更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

（2）无锁的好处：

第一，在高并发的情况下，它比有锁的程序拥有更好的性能；

第二，它天生就是死锁免疫的。

就凭借这两个优势，就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。

（3）CAS算法的过程是这样：它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

（4）CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

（5）简单地说，CAS需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取，再次尝试修改就好了。

（6）在硬件层面，大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后，虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构，并且，这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

 

6.自旋锁 AtomicReference

　　　　

 1 class SpinLock{
 2     private AtomicReference<Thread> sign=new AtomicReference<>();
 3     public void lock(){
 4         Thread thread=Thread.currentThread();
 5         while(!sign.compareAndSet(null,thread)){
 6  
 7         }
 8     }
 9  
10     public void unlock(){
11         Thread thread=Thread.currentThread();
12         sign.compareAndSet(thread,null);
13     }
14 }
15 public class Test implements Runnable{
16     static int sum;
17     private SpinLock lock;
18     public Test(SpinLock lock){
19         this.lock=lock;
20     }
21     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
22         SpinLock spinLock=new SpinLock();
23         for (int i = 0; i < 100; i++) {
24             Test test=new Test(spinLock);
25             Thread thread=new Thread(test);
26             thread.start();
27         }
28         Thread.sleep(1000);
29         System.out.println(sum);
30     }
31  
32     @Override
33     public void run() {
34         this.lock.lock();
35         this.lock.lock();
36         sum++;
37         this.lock.unlock();
38         this.lock.unlock();
39     }
40 }

　　　　

当一个线程调用这个不可重入的自旋锁去加锁的时候没问题，当再次调用lock()的时候，因为自旋锁的持有引用已经不为空了，该线程对象会误认为是别人的线程持有了自旋锁

使用了CAS原子操作，lock函数将owner设置为当前线程，并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null，并且预测值为当前线程。

当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空，导致循环一直被执行，直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null，第二个线程才能进入临界区。

由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

 

7.分布式锁

如果想在不同的jvm中保证数据同步，使用分布式锁技术。

有数据库实现、缓存实现、Zookeeper分布式锁

具体各种实现方式请自行百度