Java 代码实现中常用各种锁的分类

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。

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