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  • 并发和多线程(十)--锁状态概念

    1、公平锁

       是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。 非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

    2、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。有可能,会造成优先级反转或者饥饿

    现象。

    3、可中断锁

      synchronized就不是可中断锁,而Lock是可中断锁。

      lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

    4、可重入锁

      在一个method内部调用另一个method,不需要重新获取锁,说明具有可重入性。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

    Synchronized、ReentrantLock都是可重入锁

    5、独享锁

       是指该锁一次只能被一个线程所持有。

    6、共享锁

       是指该锁可被多个线程所持有。

    ReentrantLock、Synchronized:独享锁

    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。

    7、互斥锁/读写锁

      独享锁/共享锁就是一种广义的说法,互斥锁/读写锁就是具体的实现。

    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

    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。

    8、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。

      适合写操作非常多的场景,悲观锁在Java中的使用,就是利用各种锁。

    9、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。

      适合读操作非常多的场景,不加锁会带来大量的性能提升。

      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。

    10、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。

      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,可就是获取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。

    偏向锁/轻量级锁/重量级锁

      锁一共有4种状态,级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态,这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。

    但不能降级,目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

      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。

    11、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。无锁竞争的情况下为了减少锁竞争的资源开销。

    12、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。

    适应的场景是线程交替执行同步块的情况。

    13、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。

    14、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,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点

    是循环会消耗CPU。

      锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略,目的是为了提高获得锁和释放锁

    的效率。

    15、锁粗化(Lock Coarsening):

      也就是减少不必要的紧连在一起的unlock,lock操作,将多个连续的锁扩展成一个范围更大的锁。

    16、锁消除(Lock Elimination):

      锁削除是指虚拟机即时编译器在运行时,对一些代码上要求同步,但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行削除。

    17、适应性自旋(Adaptive Spinning):

      自适应意味着自旋的时间不再固定了,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。

      如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,

    进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间,比如100个循环。另一方面,如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,  

      那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。

    锁的优缺点对比:

                     优点                            缺点                          适应场景
    偏向锁          加锁和解锁不存在额外消耗                    如果线程存在锁竞争                  使用于只有一个线程的访问
              和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距              会带来额外的锁撤销的消耗
    
    轻量级锁        竞争的线程不会阻塞,提高程序的响应速度          如果始终得不到锁竞争的线程,使用自旋会消耗CPU        追求响应时间,同步块    执行速度很快
    
    重量级锁        线程竞争不使用自旋,不会消耗CPU                线程阻塞,响应时间缓慢                 追求吞吐量,同步块执行时间较长

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