java锁分类和说明


概述

本文主要介绍JAVA的锁分类和简单使用

锁分类

其实对于 Java 锁的分类没有严格意义的规则,我们常说的分类一般都是依据锁的特性、锁的设计、锁的状态等进行归纳整理的,大概分为以下几种。

公平锁,非公平锁

可重入锁

互斥锁

乐观锁、悲观锁

分段锁

偏向锁,轻量级锁,重量级锁

自旋锁

阻塞锁

可中断锁

1. 公平锁、非公平锁

公平锁指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。

非公平锁就是没有顺序完全随机,所以能会造成优先级反转或者饥饿现象,当线程需要重新执行时候不按申请锁的顺序执行,而是和其他线程去CPU哪里竞争执行权限获取锁,不会管你之前是先申请还是后申请的,所以是不公平,非公平的.

synchronized 是非公平锁,ReentrantLock(使用 CAS 和 AQS 实现) 通过构造参数可以决定是非公平锁还是公平锁,默认构造是非公平锁;
非公平锁的吞吐量性能比公平锁大好。

2. 可重入锁:又名递归锁

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,synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁,可重入锁可以在一定程度避免死锁,看到一段代码来了解其如何避免死锁的。

    public class ReenterableLock {

        public synchronized void method1() {
            System.out.println("method1 running ..., sleep 2 second");
        Thread.sleep(2000);// sleep method will not release the Lock
            method2(); //call synchronized method2 in synchronized method 1
        }

        public synchronized void method2() {
            System.out.println("method2 running ...");
        }

        public static void main(String[] args) {
            ReenterableLock r = new ReenterableLock();
            r.method1();
        }
    }

结果:
method1 running …, sleep 2 second
method2 running …

可以看到synchronized method1 所在线程在没有释放锁的情况下,synchronized method2 仍然可以执行,这样就避免了死锁问题.

3. 独享锁、共享锁

独享锁是指该锁一次只能被一个线程持有,共享锁指该锁可以被多个线程持有;synchronized 和 ReentrantLock 都是独享锁,ReadWriteLock 的读锁是共享锁,写锁是独占锁;ReentrantLock 的独享锁和共享锁也是通过 AQS 来实现的。

4. 互斥锁、读写锁

其实就是独享锁、共享锁的具体说法;互斥锁实质就是 ReentrantLock,读写锁实质就是 ReadWriteLock。

5. 乐观锁、悲观锁

这个分类不是具体锁的分类,而是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(哪怕实质没修改也认为会修改),因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式,因为悲观锁认为不加锁的操作一定有问题;

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不断的尝试更新,乐观锁认为不加锁的并发操作是没事的;

由此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 中很常见,乐观锁其实就是基于 CAS 的无锁编程,譬如 java 的原子类就是通过 CAS 自旋实现的。

6. 分段锁

实质是一种锁的设计策略,不是具体的锁,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并发操作;当要 put 元素时并不是对整个 hashmap 加锁,而是先通过 hashcode 知道它要放在哪个分段,然后对分段进行加锁,所以多线程 put 元素时只要放在的不是同一个分段就做到了真正的并行插入,但是统计 size 时就需要获取所有的分段锁才能统计;分段锁的设计是为了细化锁的粒度。

7. 偏向锁、轻量级锁、重量级锁

这种分类是按照锁状态来归纳的,并且是针对 synchronized 的,java 1.6 为了减少获取锁和释放锁带来的性能问题而引入的一种状态,其状态会随着竞争情况逐渐升级,锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后无法降为偏向锁,这种升级无法降级的策略目的就是为了提高获得锁和释放锁的效率。

8. 自旋锁

其实是相对于互斥锁的概念,互斥锁线程会进入 WAITING 状态和 RUNNABLE 状态的切换,涉及上下文切换、cpu 抢占等开销,自旋锁的线程一直是 RUNNABLE 状态的,一直在那循环检测锁标志位,机制不重复,但是自旋锁加锁全程消耗 cpu,起始开销虽然低于互斥锁,但随着持锁时间加锁开销是线性增长。

9. 阻塞锁

让线程进入阻塞状态进行等待,当获得相应的信号(唤醒,时间) 时,才可以进入线程的准备就绪状态,准备就绪状态的所有线程,通过竞争,进入运行状态。
JAVA中能够进入\退出、阻塞状态或包含阻塞锁的方法有 ,synchronized 关键字(其中的重量锁),ReentrantLock,Object.wait(),notify(), LockSupport.park()、unpart().

10. 可中断锁

synchronized 是不可中断的,Lock 是可中断的,这里的可中断建立在阻塞等待中断,运行中是无法中断的。

附wait和sleep的区别

sleep理解为一个程序抱着锁睡觉了,锁还在他身上;wait是一个程序把锁归还给CPU,直到有人叫他(notify)去CPU哪里重新获取锁.

sleep() :方法在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),该线程不丢失任何监视器的所属权,sleep() 是 Thread 类专属的静态方法,针对一个特定的线程。

wait() : 方法使实体所处线程暂停执行,从而使对象进入等待状态,直到被 notify() 方法通知或者 wait() 的等待的时间到。

sleep() : 方法使持有的线程暂停运行,从而使线程进入休眠状态,直到用interrupt 方法来打断他的休眠或者 sleep 的休眠的时间到。

wait() : 方法进入等待状态时会释放同步锁,而sleep()方法不会释放同步锁,所以,当一个线程无限 sleep 时又没有任何人去 interrupt 它的时候,程序就产生大麻烦,因为后面的程序无法获得徐需要执行的锁了而处于无限等待中。

notify() : 是用来通知线程,但在 notify() 之前线程是需要获得 lock 的,如何获取Lock,另个意思就是必须写在 synchronized(lockobj) {…} 之中。

wait() : 也是这个样子,一个线程需要释放某个lock,也是在其获得 lock 情况下才能够释放,所以 wait() 也需要放在 synchronized(lockobj) {…} 之中

sleep不出让系统资源;

wait是进入线程等待池等待,出让系统资源,其他线程可以占用CPU, 一般wait不会加时间限制,因为如果wait线程的运行资源不够,再出来也没用,要等待其他线程调用notify/notifyAll唤醒等待池中的所有线程,才会进入就绪队列等待OS分配系统资源。

sleep(milliseconds)可以用时间指定使它自动唤醒过来,如果时间不到只能调用interrupt()强行打断。

Thread.Sleep(0)的作用是“触发操作系统立刻重新进行一次CPU竞争”。

sleep必须捕获异常,而wait,notify和notifyAll不需要捕获异常。

总结

java 锁的分类比较重要,了解一个锁的特性可以避免以下程序上的隐藏性问题,在锁的使用过程中需要特别的注意。

一盏灯, 一片昏黄; 一简书, 一杯淡茶。 守着那一份淡定, 品读属于自己的寂寞。 保持淡定, 才能欣赏到最美丽的风景! 保持淡定, 人生从此不再寂寞。



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