java中的鎖按狀態,特性,功能,實現可以劃分爲多種鎖;
公平鎖/非公平鎖
,可重入鎖
,獨享鎖/共享鎖
,互斥鎖/讀寫鎖
,樂觀鎖/悲觀鎖
,分段鎖
,偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖
,自旋鎖
。
樂觀鎖,悲觀鎖
從併發同步的角度。悲觀鎖認爲對於同一個數據的併發操作,一定是會發生修改的,哪怕沒有修改,也會認爲修改。因此對於同一個數據的併發操作,悲觀鎖採取加鎖的形式。悲觀的認爲,不加鎖的併發操作一定會出問題。樂觀鎖則認爲對於同一個數據的併發操作,是不會發生修改的。在更新數據的時候,會採用嘗試更新,不斷重新的方式更新數據。樂觀的認爲,不加鎖的併發操作是沒有事情的。從上面的描述我們可以看出,悲觀鎖適合寫操作非常多的場景,樂觀鎖適合讀操作非常多的場景,不加鎖會帶來大量的性能提升。悲觀鎖在Java中的使用,就是利用各種鎖。樂觀鎖在Java中的使用,是無鎖編程,常常採用的是CAS算法,典型的例子就是原子類,通過CAS自旋實現原子操作的更新。
自旋鎖
在Java中,自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞,而是採用循環的方式去嘗試獲取鎖,這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗,缺點如果有大量線程競爭同一個資源,循環會耗費更多的CPU資源。JDK
中的Atom
開頭的類工具類就是基於此實現(底層通過Unsafe
實現)。
公平鎖,非公平鎖
公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序並不是按照申請鎖的順序,有可能後申請的線程比先申請的線程優先獲取鎖。有可能,會造成優先級反轉或者飢餓現象。對於Java ReentrantLock而言,通過構造函數指定該鎖是否是公平鎖,默認是非公平鎖。非公平鎖的優點在於吞吐量比公平鎖大。對於Synchronized而言,也是一種非公平鎖。由於其並不像ReentrantLock是通過AQS(AbstractQueuedSynchronizer
)的來實現線程調度,所以並沒有任何辦法使其變成公平鎖。
可重入鎖
可重入鎖又名遞歸鎖,是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候,在進入內層方法會自動獲取鎖。說的有點抽象,下面會有一個代碼的示例。對於Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖,其名字是Re entrant Lock重新進入鎖。對於Synchronized而言,也是一個可重入鎖。可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖。
synchronized void methodA () {
Thread.sleep(10000L);
methodB();
}
synchronized void methodB () throws Exception{
Thread.sleep(10000L);
}上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特點,如果不是可重入鎖的話,setB可能不會被當前線程執行,可能造成死鎖。
獨享鎖,共享鎖
獨享鎖是指該鎖一次只能被一個線程所持有
。
共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有
。
對於Java ReentrantLock而言,其是獨享鎖。但是對於Lock的另一個實現類ReadWriteLock,其讀鎖是共享鎖,其寫鎖是獨享鎖。讀鎖的共享鎖可保證併發讀是非常高效的,讀寫,寫讀 ,寫寫的過程是互斥的。獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現的,通過實現不同的方法,來實現獨享或者共享。對於Synchronized而言,當然是獨享鎖。
互斥鎖,讀寫鎖
上面講的獨享鎖/共享鎖就是一種廣義的說法,互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現。
互斥鎖在Java中的具體實現就是ReentrantLock
讀寫鎖在Java中的具體實現就是ReadWriteLock
分段鎖
分段鎖其實是一種鎖的設計,並不是具體的一種鎖,比如對於ConcurrentHashMap(JDK1.7)
而言,其併發的實現就是通過分段鎖的形式來實現高效的併發操作。我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想,內部擁有一個Entry數組,數組中的每個元素又是一個鏈表;同時又是一個ReentrantLock(Segment
繼承了ReentrantLock)。當需要put元素的時候,並不是對整個hashmap進行加鎖,而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中,然後對這個分段進行加鎖,所以當多線程put的時候,只要不是放在一個分段中,就實現了真正的並行的插入。但是,在統計size的時候,可就是獲取所有Segment全局信息的時候,就需要獲取所有的分段鎖才能統計。分段鎖的設計目的是細化鎖的粒度,當操作不需要更新整個數組的時候,就僅僅針對數組中的一項進行加鎖操作。
偏向鎖,輕量級鎖,重量級鎖
針對Synchronized的狀態。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現高效Synchronized。這三種鎖的狀態是通過對象監視器在對象頭中的字段來表明的。
- 偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問,那麼該線程會自動獲取鎖。降低獲取鎖的代價。
- 輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候,被另一個線程所訪問,偏向鎖就會升級爲輕量級鎖,其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖,不會阻塞,提高性能。
- 重量級鎖是指當鎖爲輕量級鎖的時候,另一個線程雖然是自旋,但自旋不會一直持續下去,當自旋一定次數的時候,還沒有獲取到鎖,就會進入阻塞,該鎖膨脹爲重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞,性能降低。