锁分类介绍

2019/04/10 10:10
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本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多,写的时间也比较散,所以我整理了个目录贴(传送门),方便查阅。

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乐观锁和悲观锁

锁从宏观上来分类,可以分为悲观锁与乐观锁。注意,这里说的的锁可以是数据库中的锁,也可以是Java等开发语言中的锁技术。悲观锁和乐观锁其实只是一类概念(对某类具体锁的总称),不是某种语言或是某个技术独有的锁技术。

乐观锁是一种乐观思想,即认为读多写少,遇到并发写的可能性低,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,采取在写时先读出当前版本号,然后加锁操作(比较跟上一次的版本号,如果一样则更新),如果失败则要重复读-比较-写的操作。java中的乐观锁基本都是通过CAS操作实现的,CAS是一种更新的原子操作,比较当前值跟传入值是否一样,一样则更新,否则失败。数据库中的共享锁也是一种乐观锁。

悲观锁是就是悲观思想,即认为写多,遇到并发写的可能性高,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在读写数据的时候都会上锁,这样别人想读写这个数据就会block直到拿到锁。java中典型的悲观锁就是Synchronized,AQS框架下的锁则是先尝试cas乐观锁去获取锁,获取不到,才会转换为悲观锁,如ReentrantLock。数据库中的排他锁也是一种悲观锁。

公平锁与非公平锁

根据线程获取锁的抢占机制,锁可以分为公平锁和非公平锁,公平锁表示线程获取锁的顺序是按照线程请求锁的时间早晚来决定的,也就是最早请求锁的线程将最早获取到锁。而非公平锁则在运行时闯入,也就是先来不一定先得。

ReentrantLock提供了公平和非公平锁的实现。

  • 公平锁:ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(true)。
  • 非公平锁:ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(false)。如果构造函数不传递参数,则默认是非公平锁。

例如,假设线程A已经持有了锁,这时候线程B请求该锁其将会被挂起。当线程A释放锁后,假如当前有线程C也需要获取该锁,如果采用非公平锁方式,则根据线程调度策略,线程B和线程C两者之一可能获取锁,这时候不需要任何其他干涉,而如果使用公平锁则需要把C挂起,让B获取当前锁。

在没有公平性需求的前提下尽量使用非公平锁,因为公平锁会带来性能开销。

独占锁和共享锁

根据锁只能被单个线程持有还是能被多个线程共同持有,锁可以分为独占锁和共享锁。

独占锁保证任何时候都只有一个线程能得到锁,ReentrantLock就是以独占方式实现的。共享锁则可以同时由多个线程持有,例如ReadWriteLock读写锁,它允许一个资源可以被多线程同时进行读操作。

独占锁是一种悲观锁,由于每次访问资源都先加上互斥锁,这限制了并发性,因为读操作并不会影响数据的一致性,而独占锁只允许在同一时间由一个线程读取数据,其他线程必须等待当前线程释放锁才能进行读取。

共享锁则是一种乐观锁,它放宽了加锁的条件,允许多个线程同时进行读操作。

可重入锁

当一个线程要获取一个被其他线程持有的独占锁时,该线程会被阻塞,那么当一个线程再次获取它自己已经获取的锁时是否会被阻塞呢?如果不被阻塞,那么我们说该锁是可重入的,也就是只要该线程获取了该锁,那么可以无限次数(严格来说是有限次数)地进入被该锁锁住的代码。

public synchronized void helloA(){
...
}

public synchronized void helloB(){
    ...
    helloA();
}

在如上代码中,调用helloB方法前会先获取内置锁,然后打印输出。之后调用helloA方法,在调用前会先去获取内置锁,如果内置锁不是可重入的,那么调用线程将会一直被阻塞。

实际上,synchronized内部锁是可重入锁。可重入锁的原理是在锁内部维护一个线程标示,用来标示该锁目前被哪个线程占用,然后关联一个计数器。一开始计数器值为0,说明该锁没有被任何线程占用。当一个线程获取了该锁时,计数器的值会变成1,这时其他线程再来获取该锁时会发现锁的所有者不是自己而被阻塞挂起。

但是当获取了该锁的线程再次获取锁时发现锁拥有者是自己,就会把计数器值加+1,当释放锁后计数器值-1。当计数器值为0时,锁里面的线程标示被重置为null,这时候被阻塞的线程会被唤醒来竞争获取该锁。

自旋锁

由于Java中的线程是与操作系统中的线程一一对应的,所以当一个线程在获取锁(比如独占锁)失败后,会被切换到内核状态而被挂起。当该线程获取到锁时又需要将其切换到内核状态而唤醒该线程。而从用户状态切换到内核状态的开销是比较大的,在一定程度上会影响并发性能。自旋锁则是,当前线程在获取锁时,如果发现锁已经被其他线程占有,它不马上阻塞自己,在不放弃CPU使用权的情况下,多次尝试获取(默认次数是10,可以使用-XX:PreBlockSpinsh参数设置该值),很有可能在后面几次尝试中其他线程已经释放了锁。如果尝试指定的次数后仍没有获取到锁则当前线程才会被阻塞挂起。由此看来自旋锁是使用CPU时间换取线程阻塞与调度的开销,但是很有可能这些CPU时间白白浪费了。

参考

  • 《Java并发编程之美》

原文出处:https://www.cnblogs.com/54chensongxia/p/12292442.html

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