原创

Java锁的分类


在学习Java并发编程的过程中,会接触到如公平锁,乐观锁等的各种锁,这篇⽂章介绍各种锁的分类。介绍的内
容如下:

  • 公平锁/⾮公平锁

  • 可重⼊锁

  • 独享锁/共享锁

  • 互斥锁/读写锁

  • 乐观锁/悲观锁

  • 分段锁

  • 偏向锁/轻量级锁/重量级锁

  • ⾃旋锁

    上⾯是很多锁的名词,这些分类并不是全是指锁的状态,有的指锁的特性,有的指锁的设计,下⾯总结
    的内容是对每个锁的名词进⾏⼀定的解释。

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。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java中的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(AbstractQueuedSynchronizer)的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。

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。说的
有点抽象,下⾯会有⼀个代码的示例。
对于Java ReentrantLock⽽⾔, 他的名字就可以看出是⼀个可重⼊锁,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);
}

上⾯的代码就是⼀个可重⼊锁的⼀个特点,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。

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。

互斥锁/读写锁

上⾯讲的独享锁/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⻆度。

  • 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,
    不断尝试的⽅式更新数据。乐观的认为,不加锁的并发操作是没有事情的。

从上⾯的描述我们可以看出,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。

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
组,数组中的每个元素⼜是⼀个链表;同时⼜是⼀个ReentrantLockSegment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

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。

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。
典型的⾃旋锁实现的例⼦,可以参考⾃旋锁的实现

正文到此结束