《微服务实战》第二十六章 Java锁的分类

Bertha 。 2023-10-11 22:27 35阅读 0赞

## 系列文章目录 ##

[第二十八章 分布式锁框架-Redisson][_-Redisson]  
[第二十七章 CAS][CAS]  
[第二十六章 Java锁的分类][Java]  
[第二十五章 Java多线程安全与锁][Java 1]  
[第二章 CountDownLatch和Semaphone的应用][CountDownLatch_Semaphone]  
[第一章 Java线程池技术应用][Java 2]

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#### 文章目录 ####

*  系列文章目录
 *  前言
 *  1、公平锁和非公平锁
 *  2、可重入锁
 *  3、独享锁/共享锁
 *  4、互斥锁/读写锁
 *  5、乐观锁/悲观锁
 *  6、分段锁
 *  7、偏向锁/轻量级锁/重量级锁
 *  8、自旋锁

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## 前言 ##

本章节介绍Java中的几种常见的锁：公平锁和非公平锁、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。

## 1、公平锁和非公平锁 ##

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。

package com.xxxx.reids.thread;
    
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /***
     * @title ReentrantLockFair
     * @desctption 公平锁
     * @author Kelvin
     * @create 2023/5/29 16:10
     **/
    public class ReentrantLockFair {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            //true表示公平锁
            Lock lock = new ReentrantLock(true);
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
                new Thread(){
        
                    @Override
                    public void run() {
        
                        for (int j = 0; j < 2; j++) {
        
                            lock.lock();
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                            lock.unlock();
                        }
                    }
                }.start();
            }
        }
    
    }

```java
    package com.xxxx.reids.thread;
    
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /***
     * @title ReentrantLockFair
     * @desctption 非公平锁
     * @author Kelvin
     * @create 2023/5/29 16:10
     **/
    public class ReentrantLockFair {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            //false表示非公平锁
            Lock lock = new ReentrantLock(false);
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
                new Thread(){
        
                    @Override
                    public void run() {
        
                        for (int j = 0; j < 2; j++) {
        
                            lock.lock();
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                            lock.unlock();
                        }
                    }
                }.start();
            }
        }
    
    }

## 2、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(就是可以重新进入获得锁)对于Java ReentrantLock而言, 其名字是Reentrant Lock即是重新进入锁。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  
**（可重入锁，指的是以线程为单位，当一个线程获取对象锁之后，这个线程可以再次获取本对象上的锁，而其他的线程是不可以的。）**

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

/***
     * @title ReentrantLockTest
     * @desctption 可重入锁测试
     * @author Kelvin
     * @create 2023/5/29 16:29
     **/
    public class ReentrantLockTest {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Object obj = new Object();
            new Thread(() -> {
        
                //第一次加锁
                synchronized (obj) {
        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第一层");
                    //第二次加锁，此时obj对象处于锁定状态，但是当前线程仍然可以进入，避免死锁
                    synchronized (obj) {
        
                        int i = 1 / 0;
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第二层");
                    }
                }
            }, "t1").start();
            new Thread(() -> {
        
                //第一次加锁
                synchronized (obj) {
        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第一层");
                    //第二次加锁，此时obj对象处于锁定状态，但是当前线程仍然可以进入，避免死锁
                    synchronized (obj) {
        
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第二层");
                    }
                }
            }, "t2").start();
        }
    
    }

练习：用ReentrantLock测试可重入锁

## 3、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。  
**(读锁使用共享模式；写锁使用独占模式；读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，写锁是独占的。当有读锁时，写锁就不能获得；而当有写锁时，除了获得写锁的这个线程可以获得读锁外，其他线程不能获得读锁)**

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
    import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
    
    /***
     * @title WriteAndReedLockTest
     * @desctption 读写锁
     * @author kelvin
     * @create 2023/5/29 16:58
     **/
    public class WriteAndReedLockTest {
        
        private static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock= new ReentrantReadWriteLock();
        private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //执行三个线程进行读写操作，并设置一个屏障，线程依次准备就绪后未获取锁之前都在等待，当第三个线程执行 cyclicBarrier.await();后屏障解除，三个线程同时执行。
        private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
        private static Integer i = 100;
        public static void main(String[] args) {
        
            executorService.execute(
                    () ->{
        
                        read();
                    }
            );
            executorService.execute(
                    () ->{
        
                        write();
                    }
            );
            executorService.execute(
                    () ->{
        
                        read();
                    }
            );
        }
    
        private static void read(){
        
            try {
        
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            //获取读锁
            reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
            System.out.println("Read," + Thread.currentThread().getName() + ",i = " + i);
            reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
        }
    
        private static void write(){
        
            try {
        
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            //获取写锁
            reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
            i ++;
            System.out.println("Write," + Thread.currentThread().getName() + ",i = " + i);
            reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

## 4、互斥锁/读写锁 ##

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Read/WriteLock。

## 5、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：总是假设最坏的情况，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阻塞直到它拿到锁。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。再比如 Java 里面的同步原语 synchronized 关键字的实现也是悲观锁
 *  乐观锁：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，像数据库提供的类似于 write\_condition 机制，其实都是提供的乐观锁。在 Java中 java.util.concurrent.atomic 包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式 CAS 实现的
 *  在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS(Compare and Swap 比较并交换)实现的。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /***
     * @title AtomicExample
     * @desctption 乐观锁/悲观锁
     * @author Kelvin
     * @create 2023/5/29 17:08
     **/
    public class AtomicExample {
        
        private static Integer m = 1;
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        
                executorService.submit(
                        () -> {
        
                            m ++;
                        }
                );
            }
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            System.out.println(m);
        }
    }

import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    
    /***
     * @title AtomicExample
     * @desctption 乐观锁/悲观锁
     * @author Kelvin
     * @create 2023/5/29 17:08
     **/
    public class AtomicExample {
        
        private static AtomicInteger m = new AtomicInteger(1);
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        
                executorService.submit(
                        () -> {
        
                            m.incrementAndGet();
                        }
                );
            }
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            System.out.println(m.get());
        }
    }

## 6、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，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。

## 7、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。

## 8、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

[_-Redisson]: https://blog.csdn.net/s445320/article/details/131132334
[CAS]: https://blog.csdn.net/s445320/article/details/130951405
[Java]: https://blog.csdn.net/s445320/article/details/130930596
[Java 1]: https://blog.csdn.net/s445320/article/details/130928675
[CountDownLatch_Semaphone]: https://blog.csdn.net/s445320/article/details/130555328
[Java 2]: https://blog.csdn.net/s445320/article/details/130520734
[c4a10b8eea164c2195103ea3819a3f81.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c4a10b8eea164c2195103ea3819a3f81.png