1. synchronized
关键字
- 定义:
synchronized
是 Java 提供的一个内置锁机制,用于控制多线程对共享资源的并发访问。 它可以修饰方法或代码块,确保同一时刻只有一个线程可以执行被synchronized
修饰的代码。 - 作用范围: 只能用于单 JVM 进程内的多线程同步。
- 实现原理:
synchronized
依赖于 JVM 实现,基于 Monitor 对象。- 每个 Java 对象都有一个 Monitor 对象,当
synchronized
关键字修饰代码块时,JVM 会在进入同步块前后分别插入monitorenter
和monitorexit
指令。 monitorenter
指令尝试获取 Monitor 的所有权,如果 Monitor 的 entry count 为 0,则线程可以获取 Monitor 的所有权,并将 entry count 加 1。 如果其他线程已经持有 Monitor 的所有权,则当前线程会被阻塞,进入 EntrySet 队列等待。monitorexit
指令释放 Monitor 的所有权,并将 entry count 减 1。 如果 entry count 减为 0,则唤醒 EntrySet 队列中的一个线程,让其尝试获取 Monitor 的所有权。
- 特点:
- 可重入性: 同一个线程可以多次获取同一个锁,避免死锁。
- 非公平性: 线程获取锁的顺序是不确定的,可能导致某些线程一直无法获取到锁。
- 阻塞性: 当线程无法获取锁时,会被阻塞,直到获取到锁为止。
- 轻量级锁: 在 JDK 1.6 之后,
synchronized
进行了优化,引入了偏向锁、轻量级锁等机制,提高了性能。
- 适用场景:
- 单 JVM 进程内的多线程同步。
- 对性能要求不高,且竞争不激烈的场景。
2. 分布式锁
- 定义: 分布式锁是一种跨 JVM 进程的锁机制,用于控制多个分布式节点对共享资源的并发访问。
- 作用范围: 适用于分布式系统中的多节点同步。
- 实现原理: 分布式锁通常基于以下几种方式实现:
- 基于数据库:
- 利用数据库的唯一索引或悲观锁来实现互斥。
- 例如,在数据库中创建一个表,包含一个唯一索引的字段,当线程尝试获取锁时,向表中插入一条记录,如果插入成功,则表示获取锁成功,否则表示获取锁失败。
- 基于 Redis:
- 利用 Redis 的
SETNX
(SET if Not Exists) 命令来实现互斥。 - 当线程尝试获取锁时,执行
SETNX key value
命令,如果返回 1,则表示获取锁成功,否则表示获取锁失败。 - 为了防止死锁,需要设置一个过期时间,当锁过期后自动释放。
- 可以使用 Redlock 算法来提高 Redis 分布式锁的可靠性。
- 利用 Redis 的
- 基于 ZooKeeper:
- 利用 ZooKeeper 的临时顺序节点来实现互斥。
- 当线程尝试获取锁时,创建一个临时顺序节点,如果该节点是所有子节点中序号最小的节点,则表示获取锁成功,否则表示获取锁失败。
- 当线程释放锁时,删除该节点。
- ZooKeeper 的 Watcher 机制可以保证锁的可靠性和公平性。
- 基于数据库:
- 特点:
- 跨 JVM 进程: 适用于分布式系统中的多节点同步。
- 高性能: 基于 Redis 或 ZooKeeper 实现的分布式锁通常具有较高的性能。
- 高可用性: Redis 和 ZooKeeper 都是高可用的分布式系统,可以保证分布式锁的可用性。
- 可重入性: 可以通过在锁的 value 中存储线程 ID 来实现可重入性。
- 公平性: 基于 ZooKeeper 实现的分布式锁可以保证公平性。
- 适用场景:
- 分布式系统中的多节点同步。
- 需要保证数据一致性的场景。
- 例如,分布式事务、分布式任务调度等。