java中的锁详解

╰+攻爆jí腚メ 2023-01-05 12:25 121阅读 0赞

### 1、概述 ###

锁像synchronized同步块一样，是一种线程同步机制，但比java中的synchronized同步块更复杂。在java5之前锁是由synchronized同步块实现的，所以不能完全摆脱synchronized关键字。

自Java5开始，java.util.concurrent.locks包中包含了一些锁的实现，因此你不用去实现自己的锁了。但是仍然需要了解一些锁的机制。

### 2、乐观锁与悲观锁 ###

悲观锁是指对数据被外界修改持保守态度，任务数据很容易就会被其他线程修改，所以在数据被处理前先对数据进行加锁，并在整个数据处理过程中，使数据处于锁定状态。

悲观锁的实现往往依靠数据库提供的锁机制，即在数据库中，在对数据记录操作前给记录加上排它锁。如果获取锁失败，则说明数据正在被其他线程修改，当前线程则等待或者抛出异常。如果获取锁成功，则对记录进行操作，然后提交事务后释放排它锁。

乐观锁是相对悲观锁来说的，它认为数据在一般情况下不会造成冲突，所以在访问记录前不会加排它锁，而是在进行数据提交更新时，才会正式对数据冲突与否进行检测。

### 3、公平锁与非公平锁 ###

根据线程获取锁的抢占机制，锁可以分为公平锁和非公平锁，公平锁表示线程获取锁的顺序是按照线程请求锁的时间早晚来决定的，也就是最早请求锁的线程将最早获取到锁。而非公平锁则在运行时闯入，也就是先来不一定先得。

ReentrantLock提供了公平和非公平锁的实现

*  公平锁：ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(true)
 *  非公平锁：RenntrantLock pairLock = new ReentrantLock(false)
 *  如果构造函数不传递参数，则默认是非公平锁。

假如线程A已经持有了锁，这时候线程B请求该锁将会被挂起。当线程A释放锁后，假如当前线程C也需要获取该锁，如果采用非公平锁方式，则根据线程调度策略，线程B和线程C两者之一可能获取锁，这时候不需要任何其他干涉，而如果使用公平锁则需要把C挂起，让B获取当前锁。

### 4、独占锁与共享锁 ###

根据锁只能被单个线程持有还是能被多个线程共同持有，锁可以分为独占锁和共享锁。

独占锁保证任何时候都只有一个线程能得到锁，ReentrantLock就是以独占方式实现的。共享锁则可以同时由多个线程持有，例如ReadWriteLock读写锁，它允许一个资源可以被多线程同时进行读操作。

独占锁是一种悲观锁，由于每次访问资源都先加上互斥锁，这限制了并发性，因为读操作并不会影响数据的一致性，而独占锁在同一时间由一个线程读取数据，其他线程必须等待当前线程释放锁才能进行读取。

共享锁则是一种乐观锁，它放宽了加锁的条件，允许多个线程同时进行读操作。

### 5、可重入锁 ###

当一个线程再次获取他自己已经获取的锁时，如果不被阻塞，那么我们说该锁时可重入的，也就是只要该线程获取了锁，那么可以无限次数（严格来说有限次数）地进入被该锁锁住的代码。

public class EntryTest {
        public synchronized void helloA() {
            System.out.println("hello");
        }
    
        public synchronized void helloB() {
            System.out.println("hello B");
            helloA();
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            // synchronized内部锁是可重入锁
            EntryTest entryTest = new EntryTest();
            entryTest.helloB();
        }
    }

可重入锁的原理是在锁内部维护一个线程标示，用来标示该锁目前被哪个线程占用，然后关联一个计数器。一开始计数器值为0，说明该锁没有被任何线程占用。当一个线程获取了该锁时，计数器的值会变成1，这时其他线程再来获取该锁时会发现锁的所有者不是自己而被阻塞挂起。

但是获取了该锁的线程再次获取锁时发现锁拥有者是自己，就会把计数器值加1，当释放锁后计数器值减1.当计数器值为0时，锁里面的线程标示被重置为null，这时候被阻塞的线程会被唤醒来竞争获取该锁。

### 6、自旋锁 ###

由于Java中的线程是与操作系统的线程一一对应的，所以当一个线程在获取锁失败后，会被切换到内核状态而被挂起。当该线程获取到锁时有需要将其切换到内核状态而唤醒该线程。而从用户状态切换到内核状态的开销时比较大的，在一定程度上会影响并发性能。

自旋锁则是，当前线程在获取锁时，如果发现锁已经被其他线程占有，它不马上阻塞自己，在不放弃CPU使用权的情况下，多次尝试获取（默认次数是十次）,很有可能在后面几次尝试中其他线程已经释放了锁。如果尝试指定的次数后仍没有获取到锁则当前线程才会被阻塞挂起。

由此看来自旋锁是使用CPU时间换取线程阻塞与调度的开销，但是很有可能这些CPU时间白白浪费了。