Java 多线程学习（5）：Java中的锁分类

小鱼儿 2021-11-10 23:10 179阅读 0赞

锁的种类很多，如何区分这些锁，什么时候用什么锁，首先需要了解java线程阻塞的代价

java的线程是映射到操作系统原生线程之上的，**如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入，需要在户态与核心态之间切换，这种切换会消耗大量的系统资源**。

因为**用户态与内核态都有各自专用的内存空间，专用的寄存器**等，用户态切换至内核态需要**传递许多变量、参数给内核**，内核也需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等，以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作。

如果线程状态切换是一个高频操作时，这将会**消耗很多CPU处理时间**；

**如果对于那些需要同步的简单的代码块，获取锁挂起操作消耗的时间比用户代码执行的时间还要长，这种同步策略显然非常糟糕的。**

**synchronized**

1.synchronized用来实现多线程的同步操作。  
　  
2.只要在需要同步的对方的方法、类或代码块中加入该关键字，它能够保证在同一个时刻最多只有一个线程执行同一个对象的同步代码，可保证修饰的代码在执行过程中不会被其他线程干扰。

3.使用synchronized修饰的代码具有原子性和可见性，在需要进程同步的程序中使用的频率非常高，可以满足一般的进程同步要求。

4.synchronized实现的机理依赖于软件层面上的JVM，其性能会随着Java版本的不断升级而提高。事实上，在Java1.5中，synchronized是一个重量级操作，需要调用操作系统相关接口，性能是低效的，有可能给线程加锁消耗的时间比有用操作消耗的时间更多。

5.Java1.6，synchronized进行了很多的优化，有**适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁及偏向锁等**，效率有了本质上的提高。在之后推出的Java1.7与1.8中，均对该关键字的实现机理做了优化。

6.当线程通过synchronized等待锁时是不能被Thread.interrupt()中断的，因此程序设计时必须检查确保合理，否则可能会造成**线程死锁**的尴尬境地。

7.尽管Java实现的锁机制有很多种，并且有些锁机制性能也比synchronized高，但还是强烈推荐在多线程应用程序中使用该关键字，因为实现方便，后续工作由JVM来完成，可靠性高。**只有确定锁机制是当前多线程程序的性能瓶颈时，才考虑使用其他机制，如ReentrantLock等。**

参考：[https://www.cnblogs.com/hanganglin/p/3577096.html][https_www.cnblogs.com_hanganglin_p_3577096.html]

**1.公平锁/非公平锁**

*  公平锁是指**多个线程按照申请锁的顺序来获取锁**。
 *  非公平锁是指**多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁**。可能会造成**优先级反转或者饥饿现象**。

对于Java ReentrantLock而言，**通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大**。

对于Synchronized而言，也是一种**非公平锁**。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以**并没有任何办法使其变成公平锁**。

**2.可重入锁**

可重入锁又名递归锁，是指**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。**

对于Java ReentrantLock而言, 顾名思义是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock重新进入锁。

对于Synchronized而言,也是一个**可重入锁**。可重入锁的一个好处是可一定程度避**免死锁**。

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

备注：如果不是可重入锁的话，**setB可能不会被当前线程执行，可能造成死锁**。

**3.独享锁/共享锁**

*  独享锁是指**该锁一次只能被一个线程所持有**。
 *  共享锁是指**该锁可被多个线程所持有**。

对于Java ReentrantLock而言，其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock，其**读锁是共享锁，其写锁是独享锁**。

读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。

**独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。**

对于**Synchronized而言，当然是独享锁**。

**4.互斥锁/读写锁**

*  互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
 *  读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock

**5.乐观锁/悲观锁**

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指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，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。

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，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

**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中的使用，就是利用各种锁；乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是**CAS算法，典型的例子就是原子类**，通过**CAS自旋实现原子操作的更新。**

**6.分段锁**

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁。

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的并发操作。

我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。

**当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。**

但是在统计size的时候，获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。

**分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。**

**7.偏向锁/轻量级锁/重量级锁**

这三种锁是指**锁的状态**，并且是**针对Synchronized**。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。

**偏向锁**是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

**轻量级锁**是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。

**重量级锁**是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

**8.自旋锁**

在Java中，**自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁**。

优点是**减少线程上下文切换的消耗**；

缺点是**循环会消耗CPU。**