多线程（进阶一：锁策略）

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-02-05 13:22 17阅读 0赞

**目录**

一、乐观锁和悲观锁

二、轻量级锁和重量级锁

三、自旋锁和挂起等待锁

四、普通互斥锁和读写锁

五、公平锁和非公平锁

六、可重入锁和不可重入锁

七、synchronized和Linux的mutex锁的简单比较

八、synchronized的自适应

1、锁升级

（1）偏向锁阶段

（2）轻量级锁阶段

（3）重量级锁阶段

2、锁消除

3、锁粗化

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## 一、乐观锁和悲观锁 ##

**乐观锁：**在加锁之前，预估锁冲突的概率比较小，因此加锁的时候就不会为此做太多的准备，加锁做的事情比较少，因此加锁的速度也就可能更快。

**悲观锁：**在加锁之前，预估锁冲突的概率比较大，因此加锁的时候就会做大量的准备，加锁做的事情比较多，因此加锁的速度也就可能更慢。

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## 二、轻量级锁和重量级锁 ##

**轻量级锁：**运行代码之后，锁冲突的概率比较小，因此加锁的开销比较小，速度也比较快。

**重量级锁：**运行代码之后，锁冲突的概率比较大，因此加锁的开销比较大，速度也比较慢。

**注意：**这里和乐观、悲观锁不同的是，乐观、悲观锁是加锁之前进行的预估，而这里指的是加锁之后对结果的评价。

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## 三、自旋锁和挂起等待锁 ##

**自旋锁：**是轻量级锁的一种典型实现，加锁的时候，如果加锁失败，不会就此退出锁竞争，而是会循环不停的进行锁竞争，这次锁竞争失败了就再次进入循环竞争锁，直到加锁成功，才退出循环。

这种反复快速的执行，就称为 “自旋”，同时，自旋锁也是乐观锁，只要其他线程释放了锁，它就能第一时间加锁成功，这样它的加锁速度也很快，但如果有很多线程要加锁，也没必要使用自旋锁了，会白白浪费cpu资源。

**等待挂起锁：**是重量级锁的一种典型体现，也是悲观锁，加锁的时候，如果加锁失败，就会等待一段时间，这段时间它不会去进行加锁，和别的线程锁竞争，这时候就能把一些cpu资源让出来了，用这些cpu资源可以干一些其他事情，等一段时间过后，会再次尝试加锁，如果失败还是重复以上工作，成功就拿到锁了，没啥好说的。

当等待挂起的时候，会有内核调度器介入，这一块要完成的操作就多了，从而要获取锁的时间花费也更多一些。

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## 四、普通互斥锁和读写锁 ##

**普通互斥锁：**类似synchronized这种，操作涉及到加锁、解锁

**读写锁：**这里加锁的情况分为两种：加读锁，加写锁

> 读锁和读锁之间，不会涉及到锁冲突（不会阻塞）
> 
> 写锁和写锁之间，会涉及到锁冲突（会阻塞）
> 
> 读锁和写锁之间，会涉及到锁冲突（会阻塞）
> 
> 当一个线程加读锁时，另一个线程只能读，不能写
> 
> 当一个线程加写锁时，另一个线程不能写，也不能读

**为啥要引入读写锁？**

如果两个线程只读，这个操作本身就是安全的，不需要进行加锁。但是如果使用synchronized来加锁，读和读之间会涉及到锁竞争（阻塞），但我们也不能完全不给读操作加锁，就怕一个线程读，一个线程写，这时候肯定就有线程安全问题。

读写锁，就能很好的解决上述问题。

如果只有读的操作，读操作中不会有修改操作，这时候每个线程读的数据都是同一个不变的数据，如果加锁了，就会耗费一些没必要消耗的资源空间，不如加个读锁，读的时候不会锁竞争，写的时候才会，这样就能省去很多不必要的资源开销了（锁冲突的开销）

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## 五、公平锁和非公平锁 ##

**公平锁：**如果线程和线程之间，锁竞争的时间大小不一样，按照锁竞争时间久的线程先拿到锁，有先后顺序（先来后到的意思）

**非公平锁：**线程和线程之间没有拿锁顺序，随机调度，各凭各的本事拿锁。

这里使用公平锁，就能很好的解决线程饿死的这一问题。而要想实现公平锁，就需要引入额外的数据结构（引入队列，记录每个线程的先后顺序），才能实现公平锁。

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## 六、可重入锁和不可重入锁 ##

**可重入锁：**如synchronized，加锁一段代码，锁里面可以再进行一次加锁，锁里面可以嵌套多个锁，里面是用计数器这种方式对加锁技术，并判断是否解锁，是可重入锁。

**不可重入锁：**系统自带的锁，不能连续加锁两次。

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## 七、synchronized和Linux的mutex锁的简单比较 ##

**synchronized：**乐观锁 / 悲观锁自适应

轻量级锁 / 重量级锁自适应

自旋锁 / 挂起等待所自适应

不是读写锁

非公平锁

可重入锁

**mutex：**  悲观锁

重量级锁

挂起等待所

不是读写锁

非公平锁

不可重入锁

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## 八、synchronized的自适应 ##

synchronized内部优化的很好，有自适应性，通常都可以无脑用，而且效率也不会低。

### 1、锁升级 ###

#### （1）偏向锁阶段 ####

**核心思想：“懒汉模式”**，就是能不加锁，就不加锁，能晚加锁就晚加锁；所谓的偏向锁，并不是真的加锁了，只是做了个非常轻量的标记。

一旦有线程来竞争这个锁，持有偏向锁的线程能第一时间拿到这个锁，如果没有其他线程竞争锁，下次还是拿到锁的线程大概率还是持有偏向锁的线程。总的来说，当有锁竞争的情况下，偏向锁没有提高效率，在没有锁竞争的情况下，偏向锁就能大幅度的提高效率了。

这个标记是锁里面的一个属性，每个锁都有自己的标记，当锁对象首次加锁是，没有涉及到锁竞争，这个阶段就是偏向锁阶段，一旦涉及到锁竞争，就会升级成轻量级锁阶段。

#### （2）轻量级锁阶段 ####

此处的轻量级锁就是通过自旋的方式实现的，假设有锁竞争，但不多，就会处于轻量级锁阶段，它的优势：当其他线程释放锁了，处于轻量级锁阶段的线程能第一时间拿到锁；劣势：比较消耗cpu资源，因为是自旋的方式实现的，会有个循环一直尝试拿锁。

当线程多了，轻量级锁就不合适了，每个线程都循环尝试拿锁，但如果已经有线程拿到锁了，其他线程要阻塞等待，但等待的这过程是会有循环不断的尝试拿锁，这里消耗的cpu资源就很多了。这时，就会从轻量级锁阶段升级成重量级锁阶段。

#### （3）重量级锁阶段 ####

此处的轻量级锁是用挂起等待的方式实现的，当有很多线程同时去竞争这个锁时，有个线程拿到锁了，其他线程没拿到，就不会再不断的重复尝试去拿锁，而是阻塞等待，等待一段时间再去尝试拿锁，不成功再阻塞等待一段时间，循环以上步骤，这题就会让出cpu的资源，可以利用这些cpu资源干一些其他的事。

**注意：此处只能升级，不能降级**，但是只是当前版本是这样的，以后的版本也说不好会添加降级的功能。

### 2、锁消除 ###

**也是synchronized的内部优化**；有时候，有些代码可以一眼看上去就不用加锁，但是代码加锁了，这时候，编译器就会把这个锁给干掉，毕竟加锁操作也是要消耗一些硬件资源的。

**注意：**锁消除和偏向锁的区别

**锁消除：**针对能够一眼就看出不涉及到线程安全问题的代码，编译器能够把锁给消除掉。

**偏向锁：**是已经运行代码了，才知道没有锁竞争。

### 3、锁粗化 ###

通常情况下，我们更偏好于让锁更细一些，这样更有利于并发编程的时候解决线程安全问题，但有时候，让锁更粗写能提高效率，会希望锁粗点。

锁粗化：把多个细粒度的锁合并成一个粗粒度的锁。

如图：

![4660933ca2eb4028818142c1132f1d21.png][]

一段代码中，频繁的加锁解锁，肯定会消耗更多的硬件资源，但是如果能把一段代码这些加锁解锁操作，优化成只有一次加锁、解锁，这样也能提高效率。而锁粗化目的也是提高效率。

[4660933ca2eb4028818142c1132f1d21.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/direct/4660933ca2eb4028818142c1132f1d21.png

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