在讀很多并發(fā)文章中，會(huì)提及各種各樣鎖如公平鎖，樂(lè)觀鎖等等，這篇文章介紹各種鎖的分類(lèi)。介紹的內(nèi)容如下：

• 公平鎖/非公平鎖
• 可重入鎖
• 獨(dú)享鎖/共享鎖
• 互斥鎖/讀寫(xiě)鎖
• 樂(lè)觀鎖/悲觀鎖
• 分段鎖
• 偏向鎖/輕量級(jí)鎖/重量級(jí)鎖
• 自旋鎖

上面是很多鎖的名詞，這些分類(lèi)并不是全是指鎖的狀態(tài)，有的指鎖的特性，有的指鎖的設(shè)計(jì)，下面總結(jié)的內(nèi)容是對(duì)每個(gè)鎖的名詞進(jìn)行一定的解釋。

公平鎖/非公平鎖

公平鎖是指多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序來(lái)獲取鎖。

非公平鎖是指多個(gè)線程獲取鎖的順序并不是按照申請(qǐng)鎖的順序，有可能后申請(qǐng)的線程比先申請(qǐng)的線程優(yōu)先獲取鎖。有可能，會(huì)造成優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)或者饑餓現(xiàn)象。

對(duì)于Java ReentrantLock而言，通過(guò)構(gòu)造函數(shù)指定該鎖是否是公平鎖，默認(rèn)是非公平鎖。非公平鎖的優(yōu)點(diǎn)在于吞吐量比公平鎖大。

對(duì)于Synchronized而言，也是一種非公平鎖。由于其并不像ReentrantLock是通過(guò)AQS的來(lái)實(shí)現(xiàn)線程調(diào)度，所以并沒(méi)有任何辦法使其變成公平鎖。

可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖，是指在同一個(gè)線程在外層方法獲取鎖的時(shí)候，在進(jìn)入內(nèi)層方法會(huì)自動(dòng)獲取鎖。說(shuō)的有點(diǎn)抽象，下面會(huì)有一個(gè)代碼的示例。

對(duì)于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個(gè)可重入鎖，其名字是Re entrant Lock重新進(jìn)入鎖。

對(duì)于Synchronized而言,也是一個(gè)可重入鎖。可重入鎖的一個(gè)好處是可一定程度避免死鎖。

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

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

上面的代碼就是一個(gè)可重入鎖的一個(gè)特點(diǎn)，如果不是可重入鎖的話，setB可能不會(huì)被當(dāng)前線程執(zhí)行，可能造成死鎖。

獨(dú)享鎖/共享鎖

獨(dú)享鎖是指該鎖一次只能被一個(gè)線程所持有。

共享鎖是指該鎖可被多個(gè)線程所持有。

對(duì)于Java ReentrantLock而言，其是獨(dú)享鎖。但是對(duì)于Lock的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)ReadWriteLock，其讀鎖是共享鎖，其寫(xiě)鎖是獨(dú)享鎖。

讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀是非常高效的，讀寫(xiě)，寫(xiě)讀 ，寫(xiě)寫(xiě)的過(guò)程是互斥的。

獨(dú)享鎖與共享鎖也是通過(guò)AQS來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)實(shí)現(xiàn)不同的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)享或者共享。

對(duì)于Synchronized而言，當(dāng)然是獨(dú)享鎖。

互斥鎖/讀寫(xiě)鎖

上面講的獨(dú)享鎖/共享鎖就是一種廣義的說(shuō)法，互斥鎖/讀寫(xiě)鎖就是具體的實(shí)現(xiàn)。

互斥鎖在Java中的具體實(shí)現(xiàn)就是ReentrantLock

讀寫(xiě)鎖在Java中的具體實(shí)現(xiàn)就是ReadWriteLock

樂(lè)觀鎖/悲觀鎖

樂(lè)觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什么類(lèi)型的鎖，而是指看待并發(fā)同步的角度。

悲觀鎖認(rèn)為對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，一定是會(huì)發(fā)生修改的，哪怕沒(méi)有修改，也會(huì)認(rèn)為修改。因此對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，悲觀鎖采取加鎖的形式。悲觀的認(rèn)為，不加鎖的并發(fā)操作一定會(huì)出問(wèn)題。

樂(lè)觀鎖則認(rèn)為對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，是不會(huì)發(fā)生修改的。在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)采用嘗試更新，不斷重新的方式更新數(shù)據(jù)。樂(lè)觀的認(rèn)為，不加鎖的并發(fā)操作是沒(méi)有事情的。

從上面的描述我們可以看出，悲觀鎖適合寫(xiě)操作非常多的場(chǎng)景，樂(lè)觀鎖適合讀操作非常多的場(chǎng)景，不加鎖會(huì)帶來(lái)大量的性能提升。

悲觀鎖在Java中的使用，就是利用各種鎖。

樂(lè)觀鎖在Java中的使用，是無(wú)鎖編程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子類(lèi)，通過(guò)CAS自旋實(shí)現(xiàn)原子操作的更新。

分段鎖

分段鎖其實(shí)是一種鎖的設(shè)計(jì)，并不是具體的一種鎖，對(duì)于ConcurrentHashMap而言，其并發(fā)的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)分段鎖的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的并發(fā)操作。

我們以ConcurrentHashMap來(lái)說(shuō)一下分段鎖的含義以及設(shè)計(jì)思想，ConcurrentHashMap中的分段鎖稱(chēng)為Segment，它即類(lèi)似于HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實(shí)現(xiàn)）的結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部擁有一個(gè)Entry數(shù)組，數(shù)組中的每個(gè)元素又是一個(gè)鏈表；同時(shí)又是一個(gè)ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。

當(dāng)需要put元素的時(shí)候，并不是對(duì)整個(gè)hashmap進(jìn)行加鎖，而是先通過(guò)hashcode來(lái)知道他要放在那一個(gè)分段中，然后對(duì)這個(gè)分段進(jìn)行加鎖，所以當(dāng)多線程put的時(shí)候，只要不是放在一個(gè)分段中，就實(shí)現(xiàn)了真正的并行的插入。

但是，在統(tǒng)計(jì)size的時(shí)候，可就是獲取hashmap全局信息的時(shí)候，就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)計(jì)。

分段鎖的設(shè)計(jì)目的是細(xì)化鎖的粒度，當(dāng)操作不需要更新整個(gè)數(shù)組的時(shí)候，就僅僅針對(duì)數(shù)組中的一項(xiàng)進(jìn)行加鎖操作。

偏向鎖/輕量級(jí)鎖/重量級(jí)鎖

這三種鎖是指鎖的狀態(tài)，并且是針對(duì)Synchronized。在Java 5通過(guò)引入鎖升級(jí)的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)高效Synchronized。這三種鎖的狀態(tài)是通過(guò)對(duì)象監(jiān)視器在對(duì)象頭中的字段來(lái)表明的。

偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個(gè)線程所訪問(wèn)，那么該線程會(huì)自動(dòng)獲取鎖。降低獲取鎖的代價(jià)。

輕量級(jí)鎖是指當(dāng)鎖是偏向鎖的時(shí)候，被另一個(gè)線程所訪問(wèn)，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，其他線程會(huì)通過(guò)自旋的形式嘗試獲取鎖，不會(huì)阻塞，提高性能。

重量級(jí)鎖是指當(dāng)鎖為輕量級(jí)鎖的時(shí)候，另一個(gè)線程雖然是自旋，但自旋不會(huì)一直持續(xù)下去，當(dāng)自旋一定次數(shù)的時(shí)候，還沒(méi)有獲取到鎖，就會(huì)進(jìn)入阻塞，該鎖膨脹為重量級(jí)鎖。重量級(jí)鎖會(huì)讓其他申請(qǐng)的線程進(jìn)入阻塞，性能降低。

自旋鎖

在Java中，自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會(huì)立即阻塞，而是采用循環(huán)的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗，缺點(diǎn)是循環(huán)會(huì)消耗CPU。

自旋鎖是采用讓當(dāng)前線程不停地的在循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)循環(huán)的條件被其他線程改變時(shí) 才能進(jìn)入臨界區(qū)。如下

public class SpinLock {

 private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();

 public void lock(){
  Thread current = Thread.currentThread();
  while(!sign .compareAndSet(null, current)){
  }
 }

 public void unlock (){
  Thread current = Thread.currentThread();
  sign .compareAndSet(current, null);
 }
}

使用了CAS原子操作，lock函數(shù)將owner設(shè)置為當(dāng)前線程，并且預(yù)測(cè)原來(lái)的值為空。unlock函數(shù)將owner設(shè)置為null，并且預(yù)測(cè)值為當(dāng)前線程。

當(dāng)有第二個(gè)線程調(diào)用lock操作時(shí)由于owner值不為空，導(dǎo)致循環(huán)一直被執(zhí)行，直至第一個(gè)線程調(diào)用unlock函數(shù)將owner設(shè)置為null，第二個(gè)線程才能進(jìn)入臨界區(qū)。

由于自旋鎖只是將當(dāng)前線程不停地執(zhí)行循環(huán)體，不進(jìn)行線程狀態(tài)的改變，所以響應(yīng)速度更快。但當(dāng)線程數(shù)不停增加時(shí)，性能下降明顯，因?yàn)槊總€(gè)線程都需要執(zhí)行，占用CPU時(shí)間。如果線程競(jìng)爭(zhēng)不激烈，并且保持鎖的時(shí)間段。適合使用自旋鎖。

注：該例子為非公平鎖，獲得鎖的先后順序，不會(huì)按照進(jìn)入lock的先后順序進(jìn)行。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

最新評(píng)論