各種鎖的對比總結

參考

《java併發編程的藝術》
《七週七併發模型》

多線程併發編程中最常用的就是synchronized和volatile兩個關鍵字。

volatile

通常被描述成一個輕量級鎖。
用於聲明需要在多線程環境中共享的對象。 只能在類實例對象上聲明。
功能：
保證當前對象對其它線程可見
禁止代碼的重排序

重排序 ：代碼中上下兩段代碼不存在依賴關係時，jvm會對代碼進行優化排序，排序後的順序不一定是代碼的順序
內存屏障 ： 一組cpu指令，用於實現對內存操作的順序限制

但是volatile並不能保證線程的安全性

q1:volatile 如何保證可見性
volatile聲明的變量在轉變成彙編語言在底層執行的時候會多出lock的指令。
該指令會引發兩個事情：

1. 將當前線程的工作內存中的數據寫回到主內存中
2. 寫回內存的操作會讓其它線程工作內存中緩存了該字段的數據無效

Synchronized

通常被描述成重量級鎖，也可稱爲內置鎖
可用於方法，對象，代碼段上
功能 ：保證當前操作的線程安全性
保證可見性

底層實現：
synchronized是通過對象的monitor的monitorenter和monitorexit來實現對象鎖的持有和釋放
每個對象上都有一個java 對象頭，用來存放當前對象的鎖信息，hashcode, 分代年齡，是否偏向鎖，鎖標誌位等信息。
鎖按級別從低到高有四種狀態：無鎖，偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖
如圖所示：

缺點：

1. 在獲取鎖而進入阻塞狀態時，是無法中斷的
2. 嘗試獲取內置鎖時，無法設置超時時間
3. 獲得內置鎖，必須使用Synchronized塊

導致的主要問題就是：
死鎖而無法恢復，唯一解決方法是 終止jvm

爲了解決內置鎖的問題，引入reentrantLock(可重入鎖)

可重入鎖 ReentrantLock

優勢：

1. 顯示的加鎖和解鎖

        Lock lock = new ReentrantLock();
        lock.lock();
        try{
            ...
        }finally{
            lock.unlock()
        }

1. 可中斷 lock.lockInterruptibly()
2. 可設置超時時間 lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)

偏向鎖

是指被同一線程重複獲取的鎖
優點是：
進入和退出鎖的時候不需要cas操作來加鎖，解鎖。效率更快

如何關閉偏向鎖
java1.6， 1.7是默認啓用的，
jvm參數： -XX:BiasedLockingStartupDelay = 0

輕量級鎖的獲取及膨脹流程

鎖的優缺點對比

鎖	優點	缺點	適用場景
偏向鎖	加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納米級的差距	如果線程之間存在鎖競爭會帶來額外的鎖撤銷的消耗	適用於只有一個線程訪問同步塊的情況
輕量級鎖	競爭的線程不會阻塞，提高線程的響應速度	如果始終得不到鎖競爭的線程，使用自旋迴消耗cpu	追求響應時間，同步塊執行速度非常快
重量級鎖	線程競爭不使用自旋，不會消耗cpu	線程阻塞，響應時間緩慢	追求吞吐量，同步執行時間較長

三者之間的區分，如果只有一個線程重複進入同步塊，那是偏向鎖，如果多個線程進入同步塊，不會阻塞，那是輕量級鎖，會阻塞，是重量級鎖