java鎖的種類

鎖大概有以下名詞:
自旋鎖,自旋鎖的其他種類,阻塞鎖,可重入鎖,讀寫鎖,互斥鎖,悲觀鎖,樂觀鎖,公平鎖,偏向鎖,對象鎖,線程鎖,鎖粗化,鎖消除,輕量級鎖,重量級鎖,信號量,獨享鎖,共享鎖,分段鎖

我們所說的鎖的分類其實應該按照鎖的特性和設計來劃分

概述

其實從并發(fā)的角度來講,按照線程安全的三種策略看,主要內(nèi)容都集中在互斥同步里,我們所討論的鎖也集中在這個部分。這個部分的鎖都是悲觀鎖,第二個部分是非阻塞同步,這個部分也就一種通過CAS進行原子類操作,這個部分可以看成樂觀鎖,其實也就是不加鎖。第三個部分是無同步方案,包括可重入代碼和線程本地存儲(具體的可以查閱相關博客資料,也可以看這篇)。

我們主要討論互斥同步。

常見的鎖

Synchronized和Lock

其實我們真正用到的鎖也就那么兩三種,只不過依據(jù)設計方案和性質(zhì)對其進行了大量的劃分。

以下一個鎖是原生語義上的實現(xiàn):

  • Synchronized,它就是一個:非公平,悲觀,獨享,互斥,可重入的重量級鎖

以下兩個鎖都在JUC包下,是API層面上的實現(xiàn):

  • ReentrantLock,它是一個:默認非公平但可實現(xiàn)公平的,悲觀,獨享,互斥,可重入,重量級鎖。
  • ReentrantReadWriteLocK,它是一個,默認非公平但可實現(xiàn)公平的,悲觀,寫獨享,讀共享,讀寫,可重入,重量級鎖。

按照其性質(zhì)分類

公平鎖/非公平鎖

公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序并不是按照申請鎖的順序,有可能后申請的線程比先申請的線程優(yōu)先獲得鎖。有可能會造成優(yōu)先級反轉或者饑餓現(xiàn)象。對于Java ReentrantLock而言,通過構造函數(shù)指定該鎖是否是公平鎖,默認是非公平鎖。非公平鎖的優(yōu)點在于吞吐量比公平鎖大。對于Synchronized而言,也是一種非公平鎖。由于其并不像ReentrantLock是通過AQS的來實現(xiàn)線程調(diào)度,所以并沒有任何辦法使其變成公平鎖。

樂觀鎖/悲觀鎖

樂觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什么類型的鎖,而是指看待并發(fā)同步的角度。悲觀鎖認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作,一定是會發(fā)生修改的,哪怕沒有修改,也會認為修改。因此對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作,悲觀鎖采取加鎖的形式。悲觀的認為,不加鎖的并發(fā)操作一定會出問題。樂觀鎖則認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作,是不會發(fā)生修改的。在更新數(shù)據(jù)的時候,會采用嘗試更新,不斷重新的方式更新數(shù)據(jù)。樂觀的認為,不加鎖的并發(fā)操作是沒有事情的。從上面的描述我們可以看出,悲觀鎖適合寫操作非常多的場景,樂觀鎖適合讀操作非常多的場景,不加鎖會帶來大量的性能提升。悲觀鎖在Java中的使用,就是利用各種鎖。樂觀鎖在Java中的使用,是無鎖編程,常常采用的是CAS算法,典型的例子就是原子類,通過CAS自旋實現(xiàn)原子操作的更新。

獨享鎖/共享鎖

獨享鎖是指該鎖一次只能被一個線程所持有。共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有。對于Java ReentrantLock而言,其是獨享鎖。但是對于Lock的另一個實現(xiàn)類ReentrantReadWriteLock,其讀鎖是共享鎖,其寫鎖是獨享鎖。讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀是非常高效的,讀寫,寫讀 ,寫寫的過程是互斥的。獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現(xiàn)的,通過實現(xiàn)不同的方法,來實現(xiàn)獨享或者共享。對于Synchronized而言,當然是獨享鎖。

互斥鎖/讀寫鎖

上面講的獨享鎖/共享鎖就是一種廣義的說法,互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現(xiàn)。互斥鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReentrantLock,讀寫鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReentrantReadWriteLock

可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖,是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候,在進入內(nèi)層方法會自動獲取鎖。說的有點抽象,下面會有一個代碼的示例。對于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖,其名字是Reentrant Lock重新進入鎖。對于Synchronized而言,也是一個可重入鎖??芍厝腈i的一個好處是可一定程度避免死鎖。

public sychrnozied void test() {
    xxxxxx;
    test2();
}

public sychronized void test2() {
    yyyyy;
}

在上面代碼中,執(zhí)行test()方法需要獲得當前對象作為監(jiān)視器的對象鎖,但方法中又調(diào)用了test2的同步方法。

  • 如果鎖具有可重入性的話,那么該線程在調(diào)用test2時并不需要再次獲得當前對象的鎖,可以之家進入test2方法進行操作
  • 如果鎖不具有可重入性的話,那么該線程在調(diào)用test2前會等待當前對象鎖的釋放,實際上該對象鎖已經(jīng)被當前線程所持有,不可能再次獲得,會產(chǎn)生死鎖。

按照設計方案來分類

自旋鎖/自適應鎖

如果物理機器有一個以上的處理器,能讓兩個或以上的線程同時并行執(zhí)行,我們就可以讓后面請求鎖的那個線程“稍等一下”,但不放棄處理器的執(zhí)行時間,看看持有鎖的線程是否很快就會釋放鎖。為了讓線程等待,我們只需讓線程執(zhí)行一個忙循環(huán)(自旋),這項技術就是所謂的自旋鎖。優(yōu)點是:自旋等待本身可以避免線程切換的開銷。缺點是:自旋等待不能代替阻塞,且先不說對處理器數(shù)量的要求,自旋等待本身雖然避免了線程切換的開銷,但它是要占用處理器時間的

自適應意味著自旋的時間不再固定了,而是由前 一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態(tài)來決定。

  • 如果在同一個鎖對象上,自旋等待剛剛成功獲得過鎖,并且持有鎖的線程正在運行中,那么虛擬機就會認為這次自旋也很有可能再次成功,進而它將允許自旋等待持續(xù)相對更長時間,比如100個循環(huán)。
  • 如果對于某個鎖,自旋很少成功獲得過,那在以后要獲取這個鎖時將可能省略掉自旋過程,以避免浪費處理器資源

偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態(tài)。并且是針對Synchronized。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現(xiàn)高效Synchronized。這三種鎖的狀態(tài)是通過對象監(jiān)視器在對象頭中的字段來表明的。

偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問,那么該線程會自動獲取鎖。降低獲取鎖的代價。

輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候,被另一個線程所訪問,偏向鎖就會升級為輕量級鎖,其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖,不會阻塞,提高性能。

重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候,另一個線程雖然是自旋,但自旋不會一直持續(xù)下去,當自旋一定次數(shù)的時候,還沒有獲取到鎖,就會進入阻塞,該鎖膨脹為重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞,性能降低。

分段鎖

分段鎖其實是一種鎖的設計,并不是具體的一種鎖,對于ConcurrentHashMap而言,其并發(fā)的實現(xiàn)就是通過分段鎖的形式來實現(xiàn)高效的并發(fā)操作。我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想,ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment,它即類似于HashMap(JDK7與JDK8中HashMap的實現(xiàn))的結構,即內(nèi)部擁有一個Entry數(shù)組,數(shù)組中的每個元素又是一個鏈表;同時又是一個ReentrantLock(Segment繼承了ReentrantLock)。

當需要put元素的時候,并不是對整個hashmap進行加鎖,而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中,然后對這個分段進行加鎖,所以當多線程put的時候,只要不是放在一個分段中,就實現(xiàn)了真正的并行的插入。

但是,在統(tǒng)計size的時候,可就是獲取hashmap全局信息的時候,就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)計。分段鎖的設計目的是細化鎖的粒度,當操作不需要更新整個數(shù)組的時候,就僅僅針對數(shù)組中的一項進行加鎖操作。

參考資料

https://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/77678503

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