06 java-锁

2020-01-02 本文已影响0人花神子

1. 自旋锁：

采用让当前线程不停的在循环体内执行实现，当循环的条件被其它线程改变时才能进入临界区。

public class SpinLock {
    private AtomicReference<Thread> sign = new AtomicReference<>();

    public void lock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        while (!sign.compareAndSet(null, thread)){}
    }

    public void unlock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        sign.compareAndSet(thread,null);
    }
}

优缺点

由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

2. 阻塞锁

阻塞锁改变了线程的运行状态，让线程进入阻塞状态进行等待，当获得相应的信号（唤醒或者时间）时，才可以进入线程的准备就绪状态，转为就绪状态的所有线程，通过竞争，进入运行状态。

优缺点

阻塞锁的优势在于，阻塞的线程不会占用cpu时间，不会导致 CPu占用率过高，但进入时间以及恢复时间都要比自旋锁略慢。在竞争激烈的情况下阻塞锁的性能要明显高于自旋锁。

3. 重入锁

Java中的synchronized同步块是可重入的。这意味着如果一个java线程进入了代码中的synchronized同步块，并因此获得了该同步块使用的同步对象对应的管程上的锁，那么这个线程可以进入由同一个管程对象所同步的另一个java代码块。

public synchronized void method1(){
    //...
}
public synchronized void method2(){
    //...
}

3.1 ReentrantLock与synchronized比较：

前者使用灵活，但是必须手动开启和释放锁
前者扩展性好，有时间锁等候（tryLock( )），可中断锁等候（lockInterruptibly( )），锁投票等，适合用于高度竞争锁和多个条件变量的地方
前者提供了可轮询的锁请求，可以尝试去获取锁（tryLock( )），如果失败，则会释放已经获得的锁。有完善的错误恢复机制，可以避免死锁的发生。

3.2 优缺点分析：

可重入锁的最大优点就是可以避免死锁。缺点是必须手动开启和释放锁。

偏向锁、轻量锁、重量锁

java中每个对象都可作为锁，锁有四种级别，按照量级从轻到重分为：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。并且锁只能升级不能降级。

自旋

自旋是指某线程需要获取锁，但该锁已经被其他线程占用时，该线程不会被挂起，而是在不断的消耗CPU的时间，不停的试图获取锁。虽然CPU的时间被消耗了，但是比线程下文切换时间要少。这个时候使用自旋是划算的。
如果是单核处理器，一般建议不要使用自旋锁。因为只有单个处理器，自旋占用的时间片使得代价很高。
而偏向锁、轻量锁、重量锁也是一个锁围绕着如何使得程序运行的更加“划算”而进行改变的。

对象头

HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

HotSpot虚拟机的对象头(Object Header)包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（暂不考虑开启压缩指针的场景）中分别为32个和64个Bits，官方称它为“Mark Word”。

lock-head

偏向锁

引入偏向锁是为了在无多线程竞争的情况下尽量减少不必要的轻量级锁执行路径，因为轻量级锁的获取及释放依赖多次CAS原子指令，而偏向锁只需要在置换ThreadID的时候依赖一次CAS原子指令。
当只有一个线程去竞争锁的时候，我们不需要阻塞，也不需要自旋，因为只有一个线程在竞争，我们只要去判断该偏向锁中的ThreadID是否为当前线程即可。如果是就执行同步代码，不是就尝试使用CAS修改ThreadID，修改成功执行同步代码，不成功就将偏向锁升级成轻量锁。

轻量锁

获取轻量锁的过程与偏向锁不同，竞争锁的线程首先需要拷贝对象头中的Mark Word到帧栈的锁记录中。拷贝成功后使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向当前线程的指针。如果这个更新动作成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁。如果更新失败，那么意味着有多个线程在竞争。
当竞争线程尝试占用轻量级锁失败多次之后（使用自旋）轻量级锁就会膨胀为重量级锁，重量级线程指针指向竞争线程，竞争线程也会阻塞，等待轻量级线程释放锁后唤醒他。

重量锁

重量级锁的加锁、解锁过程和轻量级锁差不多，区别是：竞争失败后，线程阻塞，释放锁后，唤醒阻塞的线程，不使用自旋锁，不会那么消耗CPU，所以重量级锁适合用在同步块执行时间长的情况下。