java中锁的概念 | 易学教程

可重入锁(递归锁)

本文里面讲的是广义上的可重入锁，而不是单指 JAVA 下的 ReentrantLock。可重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。在 JAVA 环境下 ReentrantLock 和 synchronized 都是可重入锁。当然有可重入锁就有不可重入锁,不可重入锁就是同一线程外层函数获得锁之后 ,只能当前函数使用

package com.yjc.juc;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class ZiYuan  {
    ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();

    public void method1() {
        reentrantLock.lock();
        try {
            System.out.println("进入方法1");
            System.out.println("准备调用方法2");
            method2();
        } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

    public void method2() {
        reentrantLock.lock();
        try {
            System.out.println("进入方法2");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            reentrantLock.unlock();

        }
    }
}

public class MyLock {
    public static void main(String[] args) {
        ZiYuan ziYuan=new ZiYuan();
        ziYuan.method1();
    }
}

公平锁（Fair）

公平锁指的是锁的分配机制是公平的，通常先对锁提出获取请求的线程会先被分配到锁，ReentrantLock 在构造函数中提供了是否公平锁的初始化方式来定义公平锁

加锁前检查是否有排队等待的线程，优先排队等待的线程，先来先得

非公平锁（Nonfair）

JVM 按随机、就近原则分配锁的机制则称为不公平锁，ReentrantLock 在构造函数中提供了是否公平锁的初始化方式，默认为非公平锁。非公平锁实际执行的效率要远远超出公平锁，除非程序有特殊需要，否则最常用非公平锁的分配机制。

加锁时不考虑排队等待问题，直接尝试获取锁，获取不到自动到队尾等待

1. 非公平锁性能比公平锁高 5~10 倍，因为公平锁需要在多核的情况下维护一个队列

2. Java 中的 synchronized 是非公平锁，ReentrantLock 默认的 lock()方法采用的是非公平锁。可以通过构造方法更改为公平锁

ReadWriteLock 读写锁

为了提高性能，Java 提供了读写锁，在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的,在一定程度上提高了程序的执行效率。读写锁分为读锁和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由 jvm 自己控制的，你只要上好相应的锁即可。

读锁

　　如果你的代码只读数据，可以很多人同时读，但不能同时写，那就上读锁

写锁

　　如果你的代码修改数据，只能有一个人在写，且不能同时读取，那就上写锁。总之，读的时候上读锁，写的时候上写锁！

Java 中读写锁有个接口 java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock ，也有具体的实现ReentrantReadWriteLock

package com.yjc.juc;

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class  MyReadWriteLock{
    public static void main(String[] args){
        ReadWriteLockDemo rwd = new ReadWriteLockDemo();
        //启动100个读线程
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    rwd.get();
                }
            }).start();
        }
        //写线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                rwd.set((int)(Math.random()*101));
            }
        },"Write").start();
    }
}

class ReadWriteLockDemo{
    //模拟共享资源--Number
    private int number = 0;
    // 实际实现类--ReentrantReadWriteLock，默认非公平模式
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    //读
    public void get(){
        //使用读锁
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+number);
        }finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }
    //写
    public void set(int number){
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            this.number = number;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+number);
        }finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

乐观锁

　　乐观锁是一种乐观思想，即认为读多写少，遇到并发写的可能性低，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，采取在写先读出当前版本号，然后加锁操作（比较跟上一次的版本号，如果一样则更新），如果失败则要重复读-比较-写的操作。

java 中的乐观锁基本都是通过 CAS 操作实现的，CAS 是一种更新的原子操作，比较当前值跟传入值是否一样，一样则更新，否则失败。

悲观锁

　　悲观锁是就是悲观思想，即认为写多，遇到并发写的可能性高，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在读写数据的时候都会上锁，这样别人想读写这个数据就会 block 直到拿到锁。java中的悲观锁就是Synchronized,AQS框架下的锁则是先尝试cas乐观锁去获取锁，获取不到，才会转换为悲观锁，如 RetreenLock。

自旋锁

　　自旋锁原理非常简单，如果持有锁的线程能在很短时间内释放锁资源，那么那些等待竞争锁的线程就不需要做内核态和用户态之间的切换进入阻塞挂起状态，它们只需要等一等（自旋），等持有锁的线程释放锁后即可立即获取锁，这样就避免用户线程和内核的切换的消耗。线程自旋是需要消耗 cup 的，说白了就是让 cup 在做无用功，如果一直获取不到锁，那线程也不能一直占用 cup 自旋做无用功，所以需要设定一个自旋等待的最大时间。如果持有锁的线程执行的时间超过自旋等待的最大时间扔没有释放锁，就会导致其它争用锁的线程在最大等待时间内还是获取不到锁，这时争用线程会停止自旋进入阻塞状态。

自旋锁的优缺点

　　自旋锁尽可能的减少线程的阻塞，这对于锁的竞争不激烈，且占用锁时间非常短的代码块来说性能能大幅度的提升，因为自旋的消耗会小于线程阻塞挂起再唤醒的操作的消耗，这些操作会导致线程发生两次上下文切换！但是如果锁的竞争激烈，或者持有锁的线程需要长时间占用锁执行同步块，这时候就不适合使用自旋锁了，因为自旋锁在获取锁前一直都是占用 cpu 做无用功，占着 XX 不 XX，同时有大量线程在竞争一个锁，会导致获取锁的时间很长，线程自旋的消耗大于线程阻塞挂起操作的消耗，其它需要 cup 的线程又不能获取到 cpu，造成 cpu 的浪费。所以这种情况下我们要关闭自旋锁；

自旋锁时间阈值（1.6 引入了适应性自旋锁）

　　自旋锁的目的是为了占着 CPU 的资源不释放，等到获取到锁立即进行处理。但是如何去选择自旋的执行时间呢？如果自旋执行时间太长，会有大量的线程处于自旋状态占用 CPU 资源，进而会影响整体系统的性能。因此自旋的周期选的额外重要！

　　JVM 对于自旋周期的选择，jdk1.5 这个限度是一定的写死的，在 1.6 引入了适应性自旋锁，适应性自旋锁意味着自旋的时间不在是固定的了，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间以及锁的拥有者的状态来决定，基本认为一个线程上下文切换的时间是最佳的一个时间，同时 JVM 还针对当前 CPU 的负荷情况做了较多的优化，如果平均负载小于 CPUs 则一直自旋，如果有超过(CPUs/2)个线程正在自旋，则后来线程直接阻塞，如果正在自旋的线程发现 Owner 发生了变化则延迟自旋时间（自旋计数）或进入阻塞，如果 CPU 处于节电模式则停止自旋，自旋时间的最坏情况是 CPU的存储延迟（CPU A 存储了一个数据，到 CPU B 得知这个数据直接的时间差），自旋时会适当放弃线程优先级之间的差异。