0x6 Java系列：Java中鎖的分類

在讀很多并發(fā)文章中，會提及各種各樣鎖如公平鎖，樂觀鎖等等，這篇文章介紹各種鎖的分類。介紹的內容如下：

§?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

§?自旋鎖上面是很多鎖的名詞，這些分類并不是全是指鎖的狀態(tài)，有的指鎖的特性，有的指鎖的設計，下面總結的內容是對每個鎖的名詞進行一定的解釋。

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并不是按照申請鎖的順序，有可能后申請的線程比先申請的線程優(yōu)先獲取鎖。有可能，會造成優(yōu)先級反轉或者饑餓現(xiàn)象。對于Java ReentrantLock而言，通過構造函數(shù)指定該鎖是否是公平鎖，默認是非公平鎖。非公平鎖的優(yōu)點在于吞吐量比公平鎖大。對于Synchronized而言，也是一種非公平鎖。由于其并不像ReentrantLock是通過AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的來實現(xiàn)線程調度，所以并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。對于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。對于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。

1.??synchronizedvoidsetA()throwsException{

2.???? ?Thread.sleep(1000);

3.???? ?setB();

4.??}

5.

6.??synchronizedvoidsetB()throwsException{

7.???? ?Thread.sleep(1000);

8.??}

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(zhí)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。

對于Java ReentrantLock而言，其是獨享鎖。但是對于Lock的另一個實現(xiàn)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并發(fā)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(xiàn)的，通過實現(xiàn)不同的方法，來實現(xiàn)獨享或者共享。對于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(xiàn)。

§?互斥鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReentrantLock

§?讀寫鎖在Java中的具體實現(xiàn)就是ReadWriteLock

樂觀鎖/悲觀鎖

樂觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什么類型的鎖，而是指看待并發(fā)同步的角度。

§?悲觀鎖認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，一定是會發(fā)生修改的，哪怕沒有修改，也會認為修改。因此對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，悲觀鎖采取加鎖的形式。悲觀的認為，不加鎖的并發(fā)操作一定會出問題。

§?樂觀鎖則認為對于同一個數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，是不會發(fā)生修改的。在更新數(shù)據(jù)的時候，會采用嘗試更新，不斷重新的方式更新數(shù)據(jù)。樂觀的認為，不加鎖的并發(fā)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，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子類，通過CAS自旋實現(xiàn)原子操作的更新。

分段鎖

分段鎖其實是一種鎖的設計，并不是具體的一種鎖，對于ConcurrentHashMap而言，其并發(fā)的實現(xiàn)就是通過分段鎖的形式來實現(xiàn)高效的并發(fā)操作。

我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想，ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment，它即類似于HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實現(xiàn)）的結構，即內部擁有一個Entry數(shù)組，數(shù)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，并不是對整個hashmap進行加鎖，而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中，然后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(xiàn)了真正的并行的插入。

但是，在統(tǒng)計size的時候，可就是獲取hashmap全局信息的時候，就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)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(shù)組的時候，就僅僅針對數(shù)組中的一項進行加鎖操作。

偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態(tài)，并且是針對Synchronized。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現(xiàn)高效Synchronized。這三種鎖的狀態(tài)是通過對象監(jiān)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，那么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，偏向鎖就會升級為輕量級鎖，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。

§?重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候，另一個線程雖然是自旋，但自旋不會一直持續(xù)下去，當自旋一定次數(shù)的時候，還沒有獲取到鎖，就會進入阻塞，該鎖膨脹為重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞，性能降低。

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，而是采用循環(huán)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，缺點是循環(huán)會消耗CPU。典型的自旋鎖實現(xiàn)的例子，可以參考自旋鎖的實現(xiàn)

https://www.cnblogs.com/qifengshi/p/6831055.html

方志朋簡介：SpringCloud中國社區(qū)聯(lián)合創(chuàng)始人，博客訪問量突破一千萬，愛好開源，熱愛分享，活躍于各大社區(qū)，保持著非常強的學習驅動力，終身學習踐行者，終身學習受益者。目前就職于國內某家知名互聯(lián)網保險公司，擔任DEVOPS工程師，對微服務領域和持續(xù)集成領域研究較深，精通微服務框架SpringCloud

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