并发里面的各种锁
本文将讲解并发过程中可能会用到的各种锁,分别为重量级锁,自旋锁,自适应自旋锁,轻量级锁,偏向锁,悲观锁,乐观锁...
重量级锁(互斥锁)
要进入一个同步、线程安全的方法时,是需要先获得这个方法的锁的,退出这个方法时,则会释放锁。如果获取不到这个锁的话,意味着有别的线程在执行这个方法,这时我们就会马上进入阻塞的状态,等待那个持有锁的线程释放锁,然后再把我们从阻塞的状态唤醒,我们再去获取这个方法的锁。这种获取不到锁就马上进入阻塞状态的锁,我们称之为重量级锁。
自旋锁(不可重入锁)
自旋锁就是愿意等待一段时间的锁,如果此时拿不到锁,它不马上进入阻塞状态,而是等待一段时间,看看这段时间有没其他人把这锁给释放了。怎么等呢?这个就类似于线程在那里做空循环,如果循环一定的次数还拿不到锁,那么它才会进入阻塞的状态。至于是循环等待几次,这个是可以人为指定一个数字的。
自适应自旋锁
不需要我们人为指定循环几次,它自己本身会进行判断要循环几次,而且每个线程可能循环的次数也是不一样的。而之所以这样做,主要是我们觉得,如果一个线程在不久前拿到过这个锁,或者它之前经常拿到过这个锁,那么我们认为它再次拿到锁的几率非常大,所以循环的次数会多一些。而如果有些线程从来就没有拿到过这个锁,或者说,平时很少拿到,那么我们认为,它再次拿到的概率是比较小的,所以我们就让它循环的次数少一些。因为你在那里做空循环是很消耗 CPU 的。所以这种能够根据线程最近获得锁的状态来调整循环次数的自旋锁,我们称之为自适应自旋锁。
轻量级锁
重量级、自旋锁和自适应自旋锁,他们都有一个特点,就是进入一个方法的时候,就会加上锁,退出一个方法的时候,也就释放对应的锁。
轻量级锁认为,当你在方法里面执行的时候,其实是很少刚好有人也来执行这个方法的,所以,当我们进入一个方法的时候根本就不用加锁,我们只需要做一个标记就可以了,也就是说,我们可以用一个变量来记录此时该方法是否有人在执行。也就是说,如果这个方法没人在执行,当我们进入这个方法的时候,采用CAS机制,把这个方法的状态标记为已经有人在执行,退出这个方法时,在把这个状态改为了没有人在执行了。
如果真的遇到了竞争,我们就会认为轻量级锁已经不适合了,我们就会把轻量级锁升级为重量级锁了。所以轻量级锁适合用在那种,很少出现多个线程竞争一个锁的情况,也就是说,适合那种多个线程总是错开时间来获取锁的情况。
偏向锁
偏向锁认为,其实对于一个方法,是很少有两个线程来执行的,搞来搞去,其实也就一个线程在执行这个方法而已,相当于单线程的情况,居然是单线程,那就没必要加锁了。
不过毕竟实际情况的多线程,单线程只是自己认为的而已了,所以呢,偏向锁进入一个方法的时候是这样处理的:如果这个方法没有人进来过,那么一个线程首次进入这个方法的时候,会采用CAS机制,把这个方法标记为有人在执行了,和轻量级锁加锁有点类似,并且也会把该线程的 ID 也记录进去,相当于记录了哪个线程在执行。
然后,但这个线程退出这个方法的时候,它不会改变这个方法的状态,而是直接退出来,懒的去改,因为它认为除了自己这个线程之外,其他线程并不会来执行这个方法。
然后当这个线程想要再次进入这个方法的时候,会判断一下这个方法的状态,如果这个方法已经被标记为有人在执行了,并且线程的ID是自己,那么它就直接进入这个方法执行,啥也不用做
你看,多方便,第一次进入需要CAS机制来设置,以后进出就啥也不用干了,直接进入退出。
然而,现实总是残酷的,毕竟实际情况还是多线程,所以万一有其他线程来进入这个方法呢?如果真的出现这种情况,其他线程一看这个方法的ID不是自己,这个时候说明,至少有两个线程要来执行这个方法论,这意味着偏向锁已经不适用了,这个时候就会从偏向锁升级为轻量级锁。
所以呢,偏向锁适用于那种,始终只有一个线程在执行一个方法的情况哦。
悲观锁和乐观锁
面试官:你了解乐观锁和悲观锁吗?
最开始我们说的三种锁,重量级锁、自旋锁和自适应自旋锁,进入方法之前,就一定要先加一个锁,这种我们为称之为悲观锁。悲观锁总认为,如果不事先加锁的话,就会出事,这种想法确实悲观了点,这估计就是悲观锁的来源了。
而乐观锁却相反,认为不加锁也没事,我们可以先不加锁,如果出现了冲突,我们在想办法解决,例如 CAS 机制,上面说的轻量级锁,就是乐观锁的。不会马上加锁,而是等待真的出现了冲突,在想办法解决。
悲观锁和乐观锁是两种思想,都用于解决并发场景下的数据竞争问题。
- 乐观锁:乐观锁在操作数据的时候非常乐观,认为别人不会同时修改数据。因此乐观锁不会上锁,只是在执行更新的时候判断一下在此期间别人是否修改了数据,如果别人修改了数据则放弃操作,反之执行操作。
- 悲观锁:悲观锁在操作数据时比较悲观,认为别人会同时修改数据,因此在修改数据时会直接把数据锁住,直到完成操作之后才会释放锁,上锁期间别人不能修改数据。
悲观锁的实现方式是加锁,加锁既可以对代码块加锁(如Java中的synchronized关键字),也可以对数据加锁(MySQL中的排它锁)
乐观锁的实现方式有两种:CAS与版本号机制
可重入锁
java中常用的可重入锁
线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。
广义上的可重入锁指的是可重复可递归调用的锁,在外层使用锁之后,在内层仍然可以使用,并且不发生死锁(前提得是同一个对象或者class),这样的锁就叫做可重入锁。
不可重入锁
public class Lock{
private boolean isLocked = false;
public synchronized void lock() throws InterruptedException{
while(isLocked){
wait();
}
isLocked = true;
}
public synchronized void unlock(){
isLocked = false;
notify();
}
}
public class Count{
Lock lock = new Lock();
public void print(){
lock.lock();
doAdd();
lock.unlock();
}
public void doAdd(){
lock.lock();
//do something
lock.unlock();
}
}
当调用print()方法时,获得了锁,这时就无法再调用doAdd()方法,这时必须先释放锁才能调用,所以称这种锁为不可重入锁,也叫自旋锁。