Java各种锁的介绍

青旅半醒 2021-08-11 12:55 315阅读 0赞

# [Java中的锁分类][Java] #

在读很多并发文章中，会提及各种各样锁如公平锁，乐观锁等等，这篇文章介绍各种锁的分类。介绍的内容如下：

*  公平锁/非公平锁
 *  可重入锁
 *  独享锁/共享锁
 *  互斥锁/读写锁
 *  乐观锁/悲观锁
 *  分段锁
 *  偏向锁/轻量级锁/重量级锁
 *  自旋锁

上面是很多锁的名词，这些分类并不是全是指锁的状态，有的指锁的特性，有的指锁的设计，下面总结的内容是对每个锁的名词进行一定的解释。

## 公平锁/非公平锁 ##

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。  
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。  
对于Java `ReentrantLock`而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。  
对于`Synchronized`而言，也是一种非公平锁。由于其并不像`ReentrantLock`是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

## 可重入锁 ##

可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。  
对于Java `ReentrantLock`而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁，其名字是`Re entrant Lock`重新进入锁。  
对于`Synchronized`而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

synchronized void setA() throws Exception{
        Thread.sleep(1000);
        setB();
    }
    
    synchronized void setB() throws Exception{
        Thread.sleep(1000);
    }

上面的代码就是一个可重入锁的一个特点，如果不是可重入锁的话，setB可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。

## 独享锁/共享锁 ##

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。  
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。

对于Java `ReentrantLock`而言，其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类`ReadWriteLock`，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。  
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。  
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。  
对于`Synchronized`而言，当然是独享锁。

## 互斥锁/读写锁 ##

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。  
互斥锁在Java中的具体实现就是`ReentrantLock`  
读写锁在Java中的具体实现就是`ReadWriteLock`

## 乐观锁/悲观锁 ##

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。  
悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。  
乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。  
悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。  
乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

## 分段锁 ##

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于`ConcurrentHashMap`而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。  
我们以`ConcurrentHashMap`来说一下分段锁的含义以及设计思想，`ConcurrentHashMap`中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。  
当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。  
但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。  
分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

## 偏向锁/轻量级锁/重量级锁 ##

这三种锁是指锁的状态，并且是针对`Synchronized`。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效`Synchronized`。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。  
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。  
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。  
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

## 自旋锁 ##

在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。  
典型的自旋锁实现的例子，可以参考[自旋锁的实现][Link 1]

[Java]: https://www.cnblogs.com/qifengshi/p/6831055.html
[Link 1]: http://ifeve.com/java_lock_see1/