锁总结（分类、介绍、选择）

文章目录

• 锁分类
• 锁介绍
• 锁选择

锁：用于控制多个线程对共享资源访问的机制，确保任何给定时间只有一个线程能访问共享资源，防止多线程并发访问引起的数据竞争和不一致问题。

锁分类

按照框架技术分类：

1. java中的锁
   • sychronized关键字
   • Lock接口
2. mysql中的锁
   • 表锁
   • 行锁
   • 读写锁
   • 自增锁
3. 分布式锁

按照公平性/非公平性分类：

• 公平锁：按照线程请求锁的顺序来授予锁，确保先请求的线程优先获取锁。
• 非公平锁：不保证请求顺序，可能导致某些线程长期得不到锁。通常性能更好，但可能引入"饥饿"现象。

按照乐观/悲观分类：

• 乐观锁：认为自己这个线程在使用数据的时候不会有其他线程来修改数据，在更新数据前先判断有没有其他线程修改了该数据。如果没有，将更新的数据写入；如果有，就会根据不同的情况执行不同的操作（例如，报错）
• 悲观锁：认为自己这个线程在使用数据的时候会有其他线程来修改数据，所以在获取数据之后会加锁，防止被别的线程修改。

悲观锁适合写 操作多 的场景（确保写操作数据正确），乐观锁适合读操作多的场景（可以使读操作性能提升）。

其他：

• ThreadLocal：Java中的一种类，虽然不属于锁的范畴，但也能解决线程安全问题。在多线程访问过程中，如果把数据放在ThreadLocal类中，不同线程得到的是该变量数据的副本，可以避免线程安全问题。

锁介绍

1. sychronized：
   • 作用域：Java中的关键字，可作用于代码块、方法。
   • 公平性：非公平锁，不管多线程的顺序性，所有线程都可以尝试获取锁资源。
   • 由于在sychronized中锁的获取、释放是++隐式的++ ，为了方便锁的管理，避免不必要的资源损耗，在synchronized中存在一个锁升级 的过程（无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁，该过程不可逆，只能升级不能降级），具体来说:
     • 无锁：就是没有锁，所有线程都可以对资源进行访问，不存在锁竞争关系。
     • 偏向锁：也就是偏向于第一个访问锁资源的线程，第一个访问锁资源的线程会得到偏向锁，锁对象中会保存线程的ID。一旦有第二个线程来访问锁资源，偏向锁将撤销线程ID信息，升级为轻量级锁。（适用于单线程）
     • 轻量级锁：线程以CAS（Compare And Switch）无锁机制来尝试获取锁，如果已有线程占有锁，线程将进入自旋状态（占有CPU资源，等待再次获取锁），jvm中会设置自旋等待的最大次数，如果有线程达到最大自旋次数却还是没能获取到锁资源，轻量级锁将会升级为重量级锁。轻量级锁一般适用于加在执行时间较短的代码上，因为自旋虽然能减少CPU上下文切换的开销，但同时也会占用CPU资源，处于忙等的状态。
     • 重量级锁：没有获得锁资源的线程将阻塞，等待再次唤醒。
2. Lock接口：相对于synchronized，实现了更灵活的锁机制。

   • 可显式的获取/释放锁；

     .lock();//获取锁
     .unlock();//释放锁

   • 可实现更复杂的锁策略：

     • 可中断锁：tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
     • Condition对象：与 Lock 结合使用，允许线程在特定条件下等待和唤醒，适用于复杂的线程协作。

   • 含多个锁的实现类：

     • ReentrantLock：可重入锁（同一线程可多次获取同一把锁）

       • 公平性：可选公平/不公平，构造方法中可设置公平性

         //构造函数
         public ReentrantLock(boolean fair) {
             sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
         }
         //使用
         private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); // 公平锁

     • ReentrantReadWriteLock：读写锁

       • 公平性：可选（与ReentrantLock类似）
       • 允许多个线程同时读数据，但写操作会独占锁。

     • StampedLock：另一种高效的读写锁。

       • 在读操作频繁的情况下，StampedLock的性能优于ReentrantReadWriteLock。
       • StampedLock允许在乐观读和悲观读之间进行选择，提供了更大的灵活性。在某些情况下，如果乐观读失败，可以选择获取悲观读锁。而ReentrantReadWriteLock本身不实现乐观锁的机制。
3. mysql中的锁：
   • 表锁：MyISAM存储引擎仅能实现表锁，当修改某一行数据时，整张表都会被锁起来。
   • 行锁：依赖于InnoDB存储引擎，使用 MVCC 来实现行级锁（依赖于在每一行数据中维护一个隐藏的版本号）。
   • 读写锁：MySQL 存在读写锁的概念，允许多个线程同时读取数据，但在写入时会独占锁。
   • 自增锁：在插入自增字段时，MySQL 会加自增锁以保证自增值的唯一性。
4. 分布式锁：
   • 适用于分布式环境下，对于多个jvm来管理的锁资源，能够实现分布式锁的技术包括但不限于：redis、zookeeper等

锁选择

1. synchronized：
   • 适用于较为简单的同步场景
   • 考虑代码简洁性（不需要显式的获取、释放锁）
   • 无需公平性
2. Lock：
   • 较复杂的锁策略
   • 高竞争环境
   • 需要公平性
3. 分布式锁：
   • 分布式环境下，多个jvm适用

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