Java常见的锁总结
锁是一种多线程同步访问技术
我们常听到的关于锁的词有:排它锁、共享锁、可重入锁、乐观锁、悲观锁、公平锁、非公平锁、自旋锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、分段锁等。这些大多是对锁进行类型划分,或者是一种锁的设计思想,彼此之间很多性质有的是兼容的,有的是对立的。
我们常用的Java中的锁有:CAS机制、synchronized、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock
根据锁的性质分类
根据重入和排它性分析:共享锁、可重入锁、排它锁
共享锁:线程可以同时获取锁。ReentrantReadWriteLock对于读锁是共享的。在读多写少的情况下使用共享锁会非常高效。
重入锁:线程获取锁后可以重复执行锁区域。Java提供的锁都是可重入锁。不可重入锁非常容易导致死锁。
排它锁:多线程不可同时获取的锁,与共享锁对立。与重入锁不矛盾可以是并存属性。
根据获取锁的方式:乐观锁、悲观锁
乐观锁:其实是一种采用具有原子性的CAS非加锁机制,保证当前线程原子性执行。
悲观锁:直接加锁进行线程隔离。synchronized、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock的写锁都属于悲观锁
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。
根据获取锁时是否先参与排队:公平锁、非公平锁
公平锁:线程试图获取锁时,先按尝试获取锁的时间顺序排队
非公平锁:线程试图获取锁时,如果当前锁没有线程占有,则跟排队获取锁的线程一起竞争锁而无序按顺序排队,则为非公平锁。如果竞选失败,依然要排队。
非公平锁比较高效,因为公平锁需要有先线程唤起
根据锁的状态划分:偏向锁、轻量级锁、重量级锁
偏向锁: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。类似于乐观锁。
轻量级锁: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: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。
根据锁粒度划分:分段锁等
分段锁:分段锁是一种锁思想,对数据分段加锁已提高并发效率,比如jdk8之前的ConcurrentHashMap,jdk8后采用CAS+synchronized。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来知道他要放在哪一个分段中,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。
synchronized在静态方法上时,锁定的是这个类信息,又称为类锁。
synchronized在普通方法上时,锁定的是这个对象实例,又称为对象锁。
synchronized在代码块上时,锁定的是括号里的对象。
锁消除
JVM会加锁的代码进行逃逸分析,当发现是单线程时,会去掉代码所加的锁,以达到优化。
关于锁要知道的事情
AQS(AbstractQueuedSynchronizer 抽象队列式的同步器)是一种多线程访问共享资源的同步器框架。许多同步类实现都依赖于它,如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch…
CAS(Compare and Swap 比较并交换)是乐观锁技术。底层事Java的sun.misc.Unsafe类,它可以直接操作内存。
获取锁和释放锁都是有资源消耗的,线程的阻塞和唤起也要消耗资源。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。所以CAS在并发碰撞少的情况下会优于获取锁。
synchronized是JVM层次实现的,在高并发的情况下性能不如代码层次实现的Lock高效,但是synchronized一直在被优化,现在差距已经不大了,是官方推荐的方式。
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