系统梳理一下锁

清疚 2023-02-14 10:08 9阅读 0赞

**背景**

有人对Java主流锁做了下面全面的梳理。梳理的确实挺好的。但是我看到这张图，第一个感觉是：记不住。

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因为分了太多类，彼此之间没有什么联系。做PPT可以。如果聊天或者面试，不用纸笔的情况下，就不太好描述了。也不利于对原理和应用的理解。

基于上述的考虑，我就自己系统的梳理一下锁，希望可以有助于大家理解和记忆，以至于最后在工作中得到很好的应用。

先说线程锁再说分布式锁。

**线程锁**

**概述**

这里说的线程锁是Java线程锁，从原理上各个语言应该都比较相似。有很多维度的划分方式，我比较建议的是从大面上分为乐观锁和悲观锁。

乐观锁主要是自旋+CAS的方式，比如JCU(java.util.concurrent包)的原子类。

悲观锁主要用synchronized关键字的隐式锁和基于AQS的显示锁。

上面三段总结如下：

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**悲观锁的实现原理**

1>synchronized关键字

随着java版本升级，synchronized关键字虽然是用C++写的，但是原理和JCU包的ReentrantLock很相似。synchronized关键字有4种锁状态：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。无锁类似于ReentrantLock的交替执行，没有并发，就不涉及锁；偏向锁类似于ReentrantLock的可重入的概念，使得已经获取到锁的线程可以多次获取锁；轻量级锁解决的问题是尽量避免线程切换，使用的方法也和ReentrantLock相似，是自旋+CAS的方式；重量级锁依赖于管程monitor来实现，和ReentrantLock一样都涉及用户态和内核态切换。

根据这个我们再来补充一下Java线程锁的思维导图：

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2>基于基于AQS的显示锁

基于AQS的显示锁我之前看过一些源码。这里面比较经典的是ReentrantLock。这是可重入锁，就是同一个线程可以反复进入加锁的线程。如果想实现不可重入锁也很简单。把可重入锁对当前线程做特殊处理的部分去掉就好了。

其他JCU下locks包里的锁比如读写锁就是将锁细化成了读锁和写锁。读锁是共享锁的实现，写锁是排他锁的实现。

ReentrantLock可以使用公平锁和非公平锁两种方式，公平锁和非公平锁各自继承了AQS。区别只是非公平锁在需要加锁时先直接尝试是否可以获取锁成功，而公平锁是先看自己是否需要排队。

下面以ReentrantLock的公平锁为例来简单聊一下AQS的源码。AQS核心是实现了CLH队列。

AQS有head、tail、持有锁的线程、状态4个主要的成员变量。

利用head!=tail就是说AQS是否未被初始化来判断是否交替执行，交替执行则不用加锁；如果需要加锁则判断是否就是当前拥有锁的线程，是的话，将进入次数+1；如果不是则判断是否需要初始化AQS，需要的话先初始化一个dummy header，再将自己加入队尾，如果是队列里dummy header的指针指向的节点，则它为先自旋判断是否可以获取锁；如果不是dummy header指针指向的节点，则使用park让出cpu。当dummy header的指针指向的节点获取到锁之后，会将head指向自己，同时将自己这个Node节点的当前线程设置为空，将自己设置为dummy header，同时将原来dummy header的指针都设置为null，使得原dummy header成为一个没有引用的节点，便于垃圾回收。

根据这个我们再来补充一下Java线程锁的思维导图：

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**分布式锁**

不管是线程锁还是分布式锁，都实现了tryLock、lock、unlock三个方法。

tryLock的语义是非阻塞锁，尝试获取锁，成功返回true，不成功返回false；主流lock语义是阻塞锁。实现一般基于tryLock来做自旋，不成功的时候也会有像ReentrantLock一样的阻塞操作。

常见的分布式锁实现以及数据库锁的实现详见之前写的文章：《[MySQL常见6个考题在实际工作中的运用][MySQL_6]》这里就不再赘述了。

**总结**

本篇文章在介绍知识点是次要的，主要是展示了总结思考的思路，希望能对读者朋友们的思考问题方法上有所帮助，仅做参考。

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[MySQL_6]: https://blog.csdn.net/xiexiaojing/article/details/106204919