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前言

閱讀該文章之前要了解，鎖策略是為了解決什么問題

多線程帶來的的風(fēng)險-線程安全的問題的簡單實(shí)例-線程不安全的原因

提示：以下是本篇文章正文內(nèi)容，下面案例可供參考

一、六大"有鎖策略"

鎖沖突是指兩個線程對一個對象加鎖，產(chǎn)生了阻塞等待。

1. 樂觀鎖——悲觀鎖

樂觀鎖

• 假設(shè)數(shù)據(jù)一般情況下不會產(chǎn)生并發(fā)沖突，所以在數(shù)據(jù)進(jìn)行提交更新的時候，才會正式對數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生并發(fā)沖突進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)并發(fā)沖突了，則讓返回用戶錯誤的信息，讓用戶決定如何去做。

• 預(yù)測接下來的鎖沖突不大（一般消耗的資源少，效率高點(diǎn)）

悲觀鎖

• 總是假設(shè)最壞的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時候都認(rèn)為別人會修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時候都會上鎖，這樣別人想拿這個數(shù)據(jù)就會阻塞直到它拿到鎖。

• 預(yù)測接下來的鎖沖突很大（一般消耗的資源多，效率低點(diǎn)）

舉個例子

大學(xué)里的期末的最后一門考試結(jié)束后，當(dāng)天，輔導(dǎo)員就會通知假期就開始了，大家可以離校了。

• 同學(xué)A（樂觀鎖）認(rèn)為：反正，每次都是考試完，就可以直接走了，于是他就直接收拾行李，不等通知，直接當(dāng)時就回家了，出現(xiàn)意外再說。

• 同學(xué)B（悲觀鎖）認(rèn)為：萬一輔導(dǎo)員說這次放假延遲，大家都留校等領(lǐng)導(dǎo)通知，于是他就在宿舍一直等到輔導(dǎo)員通知，才開始收拾行李，出發(fā)回家。

此時，在B等待的時間里，A可能已經(jīng)到家了。（即A的回家效率高于B）

2. 輕量級鎖——重量級鎖

該文中出現(xiàn)的“樂觀鎖”“偏向鎖”“等都會在后面介紹，讀者不必先理解，可先大致有個印象

輕量級鎖

• 加鎖解鎖，過程更快更高效

• 輕量級鎖在Java中是一種樂觀鎖的方式，使用CAS（比較和交換）實(shí)現(xiàn)，它是通過在對象頭中標(biāo)記為“偏向鎖”來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)一個線程獲得該偏向鎖時，它就可以直接訪問被鎖定的對象，而不用執(zhí)行任何額外的同步操作。如果有其他線程來訪問該對象，輕量級鎖就會自動退化為重量級鎖。

重量級鎖

• 加鎖解鎖，過程更慢更低效

• 重量級鎖在Java中是一種悲觀鎖的方式，使用互斥鎖（Mutex Lock）實(shí)現(xiàn)，它需要操作系統(tǒng)的支持。當(dāng)有多個線程同時訪問一個共享資源時，重量級鎖會把其他線程阻塞，直到當(dāng)前線程執(zhí)行完畢，釋放鎖。這種方式的效率較低，因為線程的上下文切換和系統(tǒng)調(diào)用開銷較大。

總結(jié)

1. 輕量級鎖適用于競爭不激烈的情況，而重量級鎖適用于競爭激烈的情況。在實(shí)際開發(fā)中，我們需要根據(jù)具體場景選擇合適的鎖機(jī)制，以達(dá)到最佳的性能。

2. 同時，樂觀鎖可能是輕量級鎖，悲觀鎖可能是重量級鎖（不絕對）

3. 自旋鎖——掛起等待鎖

自旋鎖

• 一直占用CPU，不涉及線程阻塞和調(diào)度，持續(xù)不斷的請求鎖，一但鎖被釋放，就能立即得到，忙等
• 如果其他線程一直不釋放鎖，那它就一直持續(xù)消耗CPU資源（該代碼通常是純用戶態(tài)，不會設(shè)置很長的時間）

掛起等待鎖

• 當(dāng)它發(fā)現(xiàn)沒有鎖的時候，就會進(jìn)入掛起等待狀態(tài)（掛機(jī)），掛起等待的時候是
  不消耗 CPU的

• 它等待操作系統(tǒng)的通知喚醒，但是可能其他線程剛釋放了鎖，就被一直不斷請求的自旋鎖線程給槍走了，所以它只能繼續(xù)等待，具體拿到鎖的時機(jī)，還得聽從操作系統(tǒng)的安排（該鎖一般是內(nèi)核機(jī)制，可能會等待較長的時間）

對照前文

1. 自旋鎖是輕量級鎖的一種典型實(shí)現(xiàn)

2. 掛起等待鎖是重量級鎖的一種典型實(shí)現(xiàn)

4. 互斥鎖——讀寫鎖

互斥鎖（例如：synchronized）

只有兩個操作：

1. 進(jìn)入代碼塊，給該代碼塊加鎖。

2. 出代碼塊，解鎖該帶代碼塊。

3. 互斥鎖常用于保護(hù)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問，如隊列、鏈表、散列表等。需要注意的是，互斥鎖使用不當(dāng)可能會帶來鎖競爭、死鎖等問題，

讀寫鎖（例如：ReentrantReadWriteLock）

1. 給讀操作加鎖。（讀鎖，是一種共享鎖，可被多個線程同時擁有。當(dāng)讀鎖被占用時，其他讀鎖可以繼續(xù)被占用。共享性。）

2. 給寫操作加鎖。（寫鎖，寫鎖是一種排他鎖，只能被一個線程占用，當(dāng)寫鎖被占用時，其他任何鎖都不能被占用。原子性。）

3. 解鎖。

4. 多個線程同時讀取一個變量，不會涉及到線程安全問題。讀寫鎖適用于對共享資源的讀操作頻繁，寫操作較少的情況，如高并發(fā)讀，比如緩存、數(shù)據(jù)維護(hù)等。讀寫鎖可以提高讀取效率，避免了互斥鎖的性能開銷。同時，寫操作的排他特性避免了并發(fā)寫操作對共享資源的影響，保證數(shù)據(jù)的正確性和一致性。

在讀鎖和寫鎖之間，約定：

• 讀鎖和讀鎖之間，不會鎖競爭，不會產(chǎn)生阻塞等待。（不會影響執(zhí)行速度）

• 寫鎖和寫鎖之間，有鎖競爭。（不會影響執(zhí)行速度）

• 讀鎖和寫鎖之間，有鎖競爭。（會影響速度，但是保證線程安全）

5. 可重入鎖——不可重入鎖

可重入鎖，又名遞歸鎖（例如：synchronized）

1. 如果一個鎖，在一個線程中，連續(xù)加鎖兩次，不死鎖，就叫做可重入鎖，死鎖了，就叫不可重入鎖。即允許同一個線程多次獲取同一把鎖，而不會產(chǎn)生死鎖。

2. 這種鎖能夠保證同一線程多次訪問同一資源時不會發(fā)生沖突。

3. Java里只要以Reentrant開頭命名的鎖都是可重入鎖，而且JDK提供的所有現(xiàn)成的Lock實(shí)現(xiàn)類，包括synchronized關(guān)鍵字鎖都是可重入的。

代碼示例

Object locker = new Object();
synchronized(locker) {
    synchronized(locker) {
        //連續(xù)加鎖兩次    
    }
}

//或者
//這也是兩次加鎖，針對this
class BlockingQueue {
    synchronized void put(int elem) {
        this.size();
    }
    
    synchronized int size() {}
}

不可重入鎖

1. 同一線程第二次加鎖的時候, 會阻塞等待。直到第一次的鎖被釋放, 才能獲取到第二個鎖。 但是釋放第一個鎖也是由該線程來完成, 結(jié)果這個線程已經(jīng)阻塞了, 也就無法進(jìn)行解鎖操作.。這時候就會死鎖。

2. 即在同一線程再次請求獲得該鎖時，會造成死鎖。因為該鎖只能被獲得一次，并且只有獲得鎖的線程才能釋放鎖。

3. Linux系統(tǒng)提供的 mutex是不可重入鎖.

6. 公平鎖——非公平鎖

公平鎖

1. 是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖，即先到先得的策略。（公不公平是由自己對公平的定義決定，Java中定義先到先得為公平，synchronized為非公平鎖，它遵循等概率競爭規(guī)則）

2. 公平鎖的優(yōu)點(diǎn)是可以避免饑餓現(xiàn)象，即線程在獲取鎖時會受到先來先服務(wù)的原則，公平性是保證鎖最大程度分配給等待時間最長的線程，缺點(diǎn)是其效率較低，因為需要保存大量的線程狀態(tài)。

非公平鎖

1. 多個線程獲取鎖的順序是不確定的，有可能后申請鎖的線程先獲取到鎖，這種方式可能造成某些線程一直無法獲取到鎖。

2. 在Java中，ReentrantLock默認(rèn)就是非公平鎖。與公平鎖相比，非公平鎖調(diào)度的效率要高，但是不公平的分配策略可能會導(dǎo)致某些線程一直無法獲取到鎖，從而產(chǎn)生“饑餓”的現(xiàn)象。

3. 在Java中，ReentrantLock默認(rèn)是非公平鎖，可以通過它的構(gòu)造函數(shù)改為公平鎖。

二、Synchronized——ReentrantLock

Synchronized的特點(diǎn)（JDK1.8）

1. 開始時是樂觀鎖，如果鎖沖突頻繁，就轉(zhuǎn)換為悲觀鎖。

2. 開始時輕量級鎖，如果鎖被持有時間較長，就轉(zhuǎn)換為重量級鎖。

3. 輕量級鎖大概率基于自旋實(shí)現(xiàn)，重量級鎖大概率基于掛起等待實(shí)現(xiàn)。

4. 不是讀寫鎖。

5. 是可重入鎖。

6. 是非公平鎖。

Synchronized的鎖升級策略

都是盡可能減少鎖帶來的的開銷

• 無鎖

• 偏向鎖（非必要不加鎖）

即線程對鎖有個標(biāo)記，沒有競爭就不加鎖，倘若有別的線程競爭，就立即加鎖，即高效又安全

• 自旋鎖 / 輕量級鎖（遇到了鎖競爭，但是目前線程較少，就讓它自旋一會，說不定很快就拿到了 ）

• 重量級鎖（線程競爭激烈，多個線程都在自旋，大量占用cpu資源，直接升級鎖，調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核阻塞等待）

主流的JVM只能鎖升級，不能降級，不是實(shí)現(xiàn)不了，可能需要付出更大的代價,于是干脆就不降級了

ReentrantLock的特點(diǎn)

1. 可重入：同一個線程可以多次獲取鎖，避免了死鎖的發(fā)生。

2. 公平鎖和非公平鎖：ReentrantLock可以通過參數(shù)指定是公平鎖還是非公平鎖。

3. 條件變量：ReentrantLock可以通過維護(hù)條件變量來實(shí)現(xiàn)線程間的協(xié)調(diào)。

4. 中斷響應(yīng)：ReentrantLock支持線程中斷，即在等待鎖的過程中，可以響應(yīng)中斷信號。

5. 限時等待：ReentrantLock支持線程等待一定時間，如果在指定時間內(nèi)還未獲取到鎖，就會放棄等待。

Synchronized和ReentranLock對比

1. ReentranLock是可重入鎖，提供lock()和unlock()獨(dú)立方法(即需要手動釋放)，來進(jìn)行加鎖解鎖，synchronized也是可重入鎖（基于代碼塊的方式來控制加鎖解鎖），它在第二次加鎖之前，會判定當(dāng)前鎖的擁有者是否是同一個線程，如果是，則直接放行,不必再加一次鎖

2. synchronized是非公平的，若想要公平，需要手動加個優(yōu)先級隊列來記錄順序。ReentrantLock提供公平和非公平兩種工作模式，默認(rèn)是非公平鎖, 在構(gòu)造方法中傳入true，開啟公平鎖。

3. synchronized搭配Object的wait和notify進(jìn)行等待喚醒，如果多個線程wait()同一個對象，notify()隨機(jī)喚醒一個。ReentrantLock需要搭配Condition這個類，這個類也能起到等待通知的作用，能夠精準(zhǔn)喚醒某個線程, 功能更強(qiáng)大。

4. synchronized是一個關(guān)鍵字, 是 JVM內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的(大概率是基于 C++ 實(shí)現(xiàn)). ReentrantLock是標(biāo)準(zhǔn)庫的一個類, 在 JVM 外實(shí)現(xiàn)的(基于Java實(shí)現(xiàn))

5. synchronized在申請鎖失敗時, 會死等. ReentrantLock可以通過 trylock()的方式等待一段時間就放棄, 不會阻塞，而是返回false（讓用戶自己決定后續(xù)操作)。

三、鎖消除——鎖粗化

鎖消除

• 非必要不加鎖（不濫用synchronized）

• 編譯器+JVM就會會作出優(yōu)化，檢測當(dāng)前代碼是否是多線程執(zhí)行 / 是否有必要加鎖，如果沒必要，就自動把鎖去掉。

例如：StringBuilder和StringBuffer，后者帶鎖，但是如果單線程使用后者，就自動將后者優(yōu)化為前者。（該手段十分保守，只有保證消除是可靠的，才會啟動，寧愿什么也不做，也不愿意犯錯）

鎖粗化

• 鎖的粒度，synchronized代碼塊，包含代碼的多少（代碼越多，粒度越粗。代碼越少，粒度越細(xì)）

• 一般寫代碼，多數(shù)情況下，希望粒度小一些。（串行執(zhí)行的代碼少，并發(fā)執(zhí)行的代碼多）但是如果某個場景，頻繁的加鎖/解鎖，此時編譯器就會把它優(yōu)化為一個更粗粒度的鎖。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-615012.html

到了這里，關(guān)于【六大鎖策略-各種鎖的對比-Java中的Synchronized鎖和ReentrantLock鎖的特點(diǎn)分析-以及加鎖的合適時機(jī)】的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！