锁的分类
我们先总体的来看看有哪些具体的分类:
序号 | 分类 |
---|---|
1 | 乐观锁/悲观锁 |
2 | 独享锁/共享锁 |
3 | 互斥锁/读写锁 |
4 | 可重入锁 |
5 | 公平锁/非公平锁 |
6 | 分段锁 |
7 | 偏向锁/轻量级锁/重量级锁 |
8 | 自旋锁 |
一、乐观锁/悲观锁
注意,乐观锁与悲观锁并不是具体的两种锁的实现,而一种设计思想。
乐观锁
顾名思义,就是很乐观,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,可以使用版本号等机制。 乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量,不加锁会带来大量的性能提升,在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS(Compare and Swap 比较并交换)实现的。
实现方式
数据版本机制
实现数据版本一般有两方式:
第一种是使用版本号
第二种是使用时间戳
以版本号方式为例。
版本号方式:一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段,表示数据被修改的次数,当数据被修改时,version值会加一。当线程A要更新数据值时,在读取数据的同时也会读取version值,在提交更新时,若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新,否则重试更新操作,直到更新成功。
update table set xxx=#{xxx}, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};
CAS操作
CAS(Compare and Swap 比较并交换),当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。 CAS操作中包含三个操作数------需要读写的内存位置(V)、进行比较的预期原值(A)和拟写入的新值(B)。如果内存位置V的值与预期原值A相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值B,否则处理器不做任何操作。
悲观锁
总是假设最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。比如Java里面的同步原语synchronized关键字的实现就是悲观锁。 悲观锁适合写操作非常多的场景,保证数据的安全。
二、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。
ReentrantLock
ReentrantLock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。
ReadWriteLock
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。
Synchronized
Synchronized是独享锁 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。
三、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。
四、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。
ReetrantLock
ReetrantLock从名字就可以看出是一个重入锁,其名字是Re entrant Lock 重新进入锁。
Synchronized
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。
public class AtomicDemo {
// 共享操作的资源 volatile 原子性问题 synchroized Lock AutomicInteger
private static int count = 0 ;
private static Lock lock = new ReentrantLock();
// 定义操作的方法 重入锁
private static void incr(){
try {
lock.lock();// 枷锁
Thread.sleep(1);
count++;
decr();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
private static void decr(){
try {
lock.lock();// 枷锁
Thread.sleep(1);
count--;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i <100 ; i++) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
AtomicDemo.incr();
}
}).start();
}
Thread.sleep(5000);
System.out.println("Result:" + count);
}
}
五、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。
ReetrantLock
ReetrantLock可以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。
Synchronized
对于Synchronized而言,也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。
六、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和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
七、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。重量级锁会让他申请的线程进入阻塞,性能降低。
八、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。