24張圖帶你徹底理解Java中的21種鎖
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幫你總結(jié)好的鎖:
序號(hào) | 鎖名稱 | 應(yīng)用 |
---|---|---|
1 | 樂觀鎖 | CAS |
2 | 悲觀鎖 | synchronized、vector、hashtable |
3 | 自旋鎖 | CAS |
4 | 可重入鎖 | synchronized、Reentrantlock、Lock |
5 | 讀寫鎖 | ReentrantReadWriteLock,CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet |
6 | 公平鎖 | Reentrantlock(true) |
7 | 非公平鎖 | synchronized、reentrantlock(false) |
8 | 共享鎖 | ReentrantReadWriteLock中讀鎖 |
9 | 獨(dú)占鎖 | synchronized、vector、hashtable、ReentrantReadWriteLock中寫鎖 |
10 | 重量級(jí)鎖 | synchronized |
11 | 輕量級(jí)鎖 | 鎖優(yōu)化技術(shù) |
12 | 偏向鎖 | 鎖優(yōu)化技術(shù) |
13 | 分段鎖 | concurrentHashMap |
14 | 互斥鎖 | synchronized |
15 | 同步鎖 | synchronized |
16 | 死鎖 | 相互請(qǐng)求對(duì)方的資源 |
17 | 鎖粗化 | 鎖優(yōu)化技術(shù) |
18 | 鎖消除 | 鎖優(yōu)化技術(shù) |
1、樂觀鎖

樂觀鎖是一種樂觀思想
,假定當(dāng)前環(huán)境是讀多寫少,遇到并發(fā)寫的概率比較低,讀數(shù)據(jù)時(shí)認(rèn)為別的線程不會(huì)正在進(jìn)行修改(所以沒有上鎖)。寫數(shù)據(jù)時(shí),判斷當(dāng)前 與期望值是否相同,如果相同則進(jìn)行更新(更新期間加鎖,保證是原子性的)。
Java中的
樂觀鎖:
CAS,比較并替換,比較當(dāng)前值(主內(nèi)存中的值),與預(yù)期值(當(dāng)前線程中的值,主內(nèi)存中值的一份拷貝)是否一樣,一樣則更新,否則繼續(xù)進(jìn)行CAS操作。
如上圖所示,可以同時(shí)進(jìn)行讀操作,讀的時(shí)候其他線程不能進(jìn)行寫操作。
2、悲觀鎖
2、悲觀鎖
悲觀鎖
悲觀鎖是一種悲觀思想
,即認(rèn)為寫多讀少,遇到并發(fā)寫的可能性高,每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為其他線程會(huì)修改,所以每次讀寫數(shù)據(jù)都會(huì)認(rèn)為其他線程會(huì)修改,所以每次讀寫數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)上鎖。其他線程想要讀寫這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí),會(huì)被這個(gè)線程block,直到這個(gè)線程釋放鎖然后其他線程獲取到鎖。
Java中的悲觀鎖:
synchronized修飾的方法和方法塊、ReentrantLock。
如上圖所示,只能有一個(gè)線程進(jìn)行讀操作或者寫操作,其他線程的讀寫操作均不能進(jìn)行。
3、自旋鎖
mark
自旋鎖是一種技術(shù):
為了讓線程等待,我們只須讓線程執(zhí)行一個(gè)忙循環(huán)(自旋)。
現(xiàn)在絕大多數(shù)的個(gè)人電腦和服務(wù)器都是多路(核)處理器系統(tǒng),如果物理機(jī)器有一個(gè)以上的處理器或者處理器核心,能讓兩個(gè)或以上的線程同時(shí)并行執(zhí)行,就可以讓后面請(qǐng)求鎖的那個(gè)線程“稍等一會(huì)”,但不放棄處理器的執(zhí)行時(shí)間,看看持有鎖的線程是否很快就會(huì)釋放鎖。
自旋鎖的優(yōu)點(diǎn):
避免了線程切換的開銷。掛起線程和恢復(fù)線程的操作都需要轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)中完成,這些操作給Java虛擬機(jī)的并發(fā)性能帶來了很大的壓力。
自旋鎖的缺點(diǎn):
占用處理器的時(shí)間,如果占用的時(shí)間很長(zhǎng),會(huì)白白消耗處理器資源,而不會(huì)做任何有價(jià)值的工作,帶來性能的浪費(fèi)。因此自旋等待的時(shí)間必須有一定的限度,如果自旋超過了限定的次數(shù)仍然沒有成功獲得鎖,就應(yīng)當(dāng)使用傳統(tǒng)的方式去掛起線程。
自旋次數(shù)默認(rèn)值:10次,可以使用參數(shù)-XX:PreBlockSpin來自行更改。
自適應(yīng)自旋:
自適應(yīng)意味著自旋的時(shí)間不再是固定的,而是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間及鎖的擁有者的狀態(tài)來決定的。有了自適應(yīng)自旋,隨著程序運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)及性能監(jiān)控信息的不斷完善,虛擬機(jī)對(duì)程序鎖的狀態(tài)預(yù)測(cè)就會(huì)越來越精準(zhǔn)。
Java中的自旋鎖:
CAS操作中的比較操作失敗后的自旋等待。
4、可重入鎖(遞歸鎖)
可重入鎖
可重入鎖是一種技術(shù):
任意線程在獲取到鎖之后能夠再次獲取該鎖而不會(huì)被鎖所阻塞。
可重入鎖的原理:
通過組合自定義同步器來實(shí)現(xiàn)鎖的獲取與釋放。
-
再次獲取鎖:識(shí)別獲取鎖的線程是否為當(dāng)前占據(jù)鎖的線程,如果是,則再次成功獲取。獲取鎖后,進(jìn)行計(jì)數(shù)自增,
-
釋放鎖:釋放鎖時(shí),進(jìn)行計(jì)數(shù)自減。
Java中的可重入鎖:
ReentrantLock、synchronized修飾的方法或代碼段。
可重入鎖的作用:
避免死鎖。
面試題1: 可重入鎖如果加了兩把,但是只釋放了一把會(huì)出現(xiàn)什么問題?
答:程序卡死,線程不能出來,也就是說我們申請(qǐng)了幾把鎖,就需要釋放幾把鎖。
面試題2: 如果只加了一把鎖,釋放兩次會(huì)出現(xiàn)什么問題?
答:會(huì)報(bào)錯(cuò),java.lang.IllegalMonitorStateException。
5、讀寫鎖
讀寫鎖是一種技術(shù):
通過ReentrantReadWriteLock類來實(shí)現(xiàn)。為了提高性能, Java 提供了讀寫鎖,在讀的地方使用讀鎖,在寫的地方使用寫鎖,靈活控制,如果沒有寫鎖的情況下,讀是無(wú)阻塞的,在一定程度上提高了程序的執(zhí)行效率。讀寫鎖分為讀鎖和寫鎖,多個(gè)讀鎖不互斥,讀鎖與寫鎖互斥,這是由 jvm 自己控制的。
讀鎖: 允許多個(gè)線程獲取讀鎖,同時(shí)訪問同一個(gè)資源。
讀鎖
寫鎖: 只允許一個(gè)線程獲取寫鎖,不允許同時(shí)訪問同一個(gè)資源。
寫鎖
如何使用:
/**
* 創(chuàng)建一個(gè)讀寫鎖
* 它是一個(gè)讀寫融為一體的鎖,在使用的時(shí)候,需要轉(zhuǎn)換
*/ private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
獲取讀鎖和釋放讀鎖
// 獲取讀鎖 rwLock.readLock().lock(); // 釋放讀鎖 rwLock.readLock().unlock();
獲取寫鎖和釋放寫鎖
// 創(chuàng)建一個(gè)寫鎖 rwLock.writeLock().lock(); // 寫鎖 釋放 rwLock.writeLock().unlock();
Java中的讀寫鎖:ReentrantReadWriteLock
6、公平鎖
公平鎖
公平鎖是一種思想:
多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序來獲取鎖。在并發(fā)環(huán)境中,每個(gè)線程會(huì)先查看此鎖維護(hù)的等待隊(duì)列,如果當(dāng)前等待隊(duì)列為空,則占有鎖,如果等待隊(duì)列不為空,則加入到等待隊(duì)列的末尾,按照FIFO的原則從隊(duì)列中拿到線程,然后占有鎖。
7、非公平鎖
非公平鎖
非公平鎖是一種思想:
線程嘗試獲取鎖,如果獲取不到,則再采用公平鎖的方式。多個(gè)線程獲取鎖的順序,不是按照先到先得的順序,有可能后申請(qǐng)鎖的線程比先申請(qǐng)的線程優(yōu)先獲取鎖。
優(yōu)點(diǎn): 非公平鎖的性能高于公平鎖。
缺點(diǎn): 有可能造成線程饑餓(某個(gè)線程很長(zhǎng)一段時(shí)間獲取不到鎖)
Java中的非公平鎖:synchronized是非公平鎖,ReentrantLock通過構(gòu)造函數(shù)指定該鎖是公平的還是非公平的,默認(rèn)是非公平的。
8、共享鎖
共享鎖
共享鎖是一種思想:
可以有多個(gè)線程獲取讀鎖,以共享的方式持有鎖。和樂觀鎖、讀寫鎖同義。
Java中用到的共享鎖: ReentrantReadWriteLock。
9、獨(dú)占鎖
獨(dú)占鎖
獨(dú)占鎖是一種思想:
只能有一個(gè)線程獲取鎖,以獨(dú)占的方式持有鎖。和悲觀鎖、互斥鎖同義。
Java中用到的獨(dú)占鎖: synchronized,ReentrantLock
10、重量級(jí)鎖
重量級(jí)鎖
重量級(jí)鎖是一種稱謂: synchronized是通過對(duì)象內(nèi)部的一個(gè)叫做監(jiān)視器鎖(monitor)來實(shí)現(xiàn)的,監(jiān)視器鎖本身依賴底層的操作系統(tǒng)的 Mutex Lock來實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線程的切換需要從用戶態(tài)切換到核心態(tài),成本非常高。這種依賴于操作系統(tǒng) Mutex Lock來實(shí)現(xiàn)的鎖稱為重量級(jí)鎖。為了優(yōu)化synchonized,引入了輕量級(jí)鎖,偏向鎖。
Java中的重量級(jí)鎖: synchronized
11、輕量級(jí)鎖
輕量級(jí)鎖
輕量級(jí)鎖是JDK6時(shí)加入的一種鎖優(yōu)化機(jī)制:
輕量級(jí)鎖是在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的情況下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量。輕量級(jí)是相對(duì)于使用操作系統(tǒng)互斥量來實(shí)現(xiàn)的重量級(jí)鎖而言的。輕量級(jí)鎖在沒有多線程競(jìng)爭(zhēng)的前提下,減少傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能消耗。如果出現(xiàn)兩條以上的線程爭(zhēng)用同一個(gè)鎖的情況,那輕量級(jí)鎖將不會(huì)有效,必須膨脹為重量級(jí)鎖。
優(yōu)點(diǎn): 如果沒有競(jìng)爭(zhēng),通過CAS操作成功避免了使用互斥量的開銷。
缺點(diǎn): 如果存在競(jìng)爭(zhēng),除了互斥量本身的開銷外,還額外產(chǎn)生了CAS操作的開銷,因此在有競(jìng)爭(zhēng)的情況下,輕量級(jí)鎖比傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖更慢。
12、偏向鎖
偏向鎖
偏向鎖是JDK6時(shí)加入的一種鎖優(yōu)化機(jī)制:
在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的情況下把整個(gè)同步都消除掉,連CAS操作都不去做了。偏是指偏心,它的意思是這個(gè)鎖會(huì)偏向于第一個(gè)獲得它的線程,如果在接下來的執(zhí)行過程中,該鎖一直沒有被其他的線程獲取,則持有偏向鎖的線程將永遠(yuǎn)不需要再進(jìn)行同步。持有偏向鎖的線程以后每次進(jìn)入這個(gè)鎖相關(guān)的同步塊時(shí),虛擬機(jī)都可以不再進(jìn)行任何同步操作(例如加鎖、解鎖及對(duì)Mark Word的更新操作等)。
優(yōu)點(diǎn): 把整個(gè)同步都消除掉,連CAS操作都不去做了,優(yōu)于輕量級(jí)鎖。
缺點(diǎn): 如果程序中大多數(shù)的鎖都總是被多個(gè)不同的線程訪問,那偏向鎖就是多余的。
13、分段鎖
分段鎖
分段鎖是一種機(jī)制:
最好的例子來說明分段鎖是ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap原理:它內(nèi)部細(xì)分了若干個(gè)小的 HashMap,稱之為段(Segment)。默認(rèn)情況下一個(gè) ConcurrentHashMap 被進(jìn)一步細(xì)分為 16 個(gè)段,既就是鎖的并發(fā)度。如果需要在 ConcurrentHashMap 添加一項(xiàng)key-value,并不是將整個(gè) HashMap 加鎖,而是首先根據(jù) hashcode 得到該key-value應(yīng)該存放在哪個(gè)段中,然后對(duì)該段加鎖,并完成 put 操作。在多線程環(huán)境中,如果多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行put操作,只要被加入的key-value不存放在同一個(gè)段中,則線程間可以做到真正的并行。
線程安全:ConcurrentHashMap 是一個(gè) Segment 數(shù)組, Segment 通過繼承ReentrantLock 來進(jìn)行加鎖,所以每次需要加鎖的操作鎖住的是一個(gè) segment,這樣只要保證每個(gè) Segment 是線程安全的,也就實(shí)現(xiàn)了全局的線程安全
14、互斥鎖
互斥鎖
互斥鎖與悲觀鎖、獨(dú)占鎖同義,表示某個(gè)資源只能被一個(gè)線程訪問,其他線程不能訪問。
-
讀-讀互斥
-
讀-寫互斥
-
寫-讀互斥
-
寫-寫互斥
Java中的同步鎖: synchronized
15、同步鎖
同步鎖
同步鎖與互斥鎖同義,表示并發(fā)執(zhí)行的多個(gè)線程,在同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)線程訪問共享數(shù)據(jù)。
Java中的同步鎖: synchronized
16、死鎖
死鎖
死鎖是一種現(xiàn)象:如線程A持有資源x,線程B持有資源y,線程A等待線程B釋放資源y,線程B等待線程A釋放資源x,兩個(gè)線程都不釋放自己持有的資源,則兩個(gè)線程都獲取不到對(duì)方的資源,就會(huì)造成死鎖。
Java中的死鎖不能自行打破,所以線程死鎖后,線程不能進(jìn)行響應(yīng)。所以一定要注意程序的并發(fā)場(chǎng)景,避免造成死鎖。
17、鎖粗化
鎖粗化
鎖粗化是一種優(yōu)化技術(shù):
如果一系列的連續(xù)操作都對(duì)同一個(gè)對(duì)象反復(fù)加鎖和解鎖,甚至加鎖操作都是出現(xiàn)在循環(huán)體體之中,就算真的沒有線程競(jìng)爭(zhēng),頻繁地進(jìn)行互斥同步操作將會(huì)導(dǎo)致不必要的性能損耗,所以就采取了一種方案:把加鎖的范圍擴(kuò)展(粗化)到整個(gè)操作序列的外部,這樣加鎖解鎖的頻率就會(huì)大大降低,從而減少了性能損耗。
18、鎖消除
鎖消除
鎖消除是一種優(yōu)化技術(shù):
就是把鎖干掉。當(dāng)Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)有些共享數(shù)據(jù)不會(huì)被線程競(jìng)爭(zhēng)時(shí)就可以進(jìn)行鎖消除。
那如何判斷共享數(shù)據(jù)不會(huì)被線程競(jìng)爭(zhēng)?
利用逃逸分析技術(shù):分析對(duì)象的作用域,如果對(duì)象在A方法中定義后,被作為參數(shù)傳遞到B方法中,則稱為方法逃逸;如果被其他線程訪問,則稱為線程逃逸。
在堆上的某個(gè)數(shù)據(jù)不會(huì)逃逸出去被其他線程訪問到,就可以把它當(dāng)作棧上數(shù)據(jù)對(duì)待,認(rèn)為它是線程私有的,同步加鎖就不需要了。
19、synchronized
synchronized
synchronized是Java中的關(guān)鍵字:用來修飾方法、對(duì)象實(shí)例。屬于獨(dú)占鎖、悲觀鎖、可重入鎖、非公平鎖。
-
1.作用于實(shí)例方法時(shí),鎖住的是對(duì)象的實(shí)例(this);
-
2.當(dāng)作用于靜態(tài)方法時(shí),鎖住的是 Class類,相當(dāng)于類的一個(gè)全局鎖, 會(huì)鎖所有調(diào)用該方法的線程;
-
3.synchronized 作用于一個(gè)非 NULL的對(duì)象實(shí)例時(shí),鎖住的是所有以該對(duì)象為鎖的代碼塊。它有多個(gè)隊(duì)列,當(dāng)多個(gè)線程一起訪問某個(gè)對(duì)象監(jiān)視器的時(shí)候,對(duì)象監(jiān)視器會(huì)將這些線程存儲(chǔ)在不同的容器中。
每個(gè)對(duì)象都有個(gè) monitor 對(duì)象, 加鎖就是在競(jìng)爭(zhēng) monitor 對(duì)象,代碼塊加鎖是在代碼塊前后分別加上 monitorenter 和 monitorexit 指令來實(shí)現(xiàn)的,方法加鎖是通過一個(gè)標(biāo)記位來判斷的。
20、Lock和synchronized的區(qū)別
自動(dòng)擋和手動(dòng)擋的區(qū)別
Lock:
是Java中的接口,可重入鎖、悲觀鎖、獨(dú)占鎖、互斥鎖、同步鎖。
-
1.Lock需要手動(dòng)獲取鎖和釋放鎖。就好比自動(dòng)擋和手動(dòng)擋的區(qū)別
-
2.Lock 是一個(gè)接口,而 synchronized 是 Java 中的關(guān)鍵字, synchronized 是內(nèi)置的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。
-
3.synchronized 在發(fā)生異常時(shí),會(huì)自動(dòng)釋放線程占有的鎖,因此不會(huì)導(dǎo)致死鎖現(xiàn)象發(fā)生;而 Lock 在發(fā)生異常時(shí),如果沒有主動(dòng)通過 unLock()去釋放鎖,則很可能造成死鎖現(xiàn)象,因此使用 Lock 時(shí)需要在 finally 塊中釋放鎖。
-
4.Lock 可以讓等待鎖的線程響應(yīng)中斷,而 synchronized 卻不行,使用 synchronized 時(shí),等待的線程會(huì)一直等待下去,不能夠響應(yīng)中斷。
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5.通過 Lock 可以知道有沒有成功獲取鎖,而 synchronized 卻無(wú)法辦到。
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6.Lock 可以通過實(shí)現(xiàn)讀寫鎖提高多個(gè)線程進(jìn)行讀操作的效率。
synchronized的優(yōu)勢(shì):
-
足夠清晰簡(jiǎn)單,只需要基礎(chǔ)的同步功能時(shí),用synchronized。
-
Lock應(yīng)該確保在finally塊中釋放鎖。如果使用synchronized,JVM確保即使出現(xiàn)異常,鎖也能被自動(dòng)釋放。
-
使用Lock時(shí),Java虛擬機(jī)很難得知哪些鎖對(duì)象是由特定線程鎖持有的。
21、ReentrantLock 和synchronized的區(qū)別
Lock、ReentrantLock、shnchronzied
ReentrantLock是Java中的類 :
繼承了Lock類,可重入鎖、悲觀鎖、獨(dú)占鎖、互斥鎖、同步鎖。
劃重點(diǎn)
相同點(diǎn):
-
1.主要解決共享變量如何安全訪問的問題
-
2.都是可重入鎖,也叫做遞歸鎖,同一線程可以多次獲得同一個(gè)鎖,
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3.保證了線程安全的兩大特性:可見性、原子性。
不同點(diǎn):
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1.ReentrantLock 就像手動(dòng)汽車,需要顯示的調(diào)用lock和unlock方法, synchronized 隱式獲得釋放鎖。
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2.ReentrantLock 可響應(yīng)中斷, synchronized 是不可以響應(yīng)中斷的,ReentrantLock 為處理鎖的不可用性提供了更高的靈活性
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3.ReentrantLock 是 API 級(jí)別的, synchronized 是 JVM 級(jí)別的
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4.ReentrantLock 可以實(shí)現(xiàn)公平鎖、非公平鎖,默認(rèn)非公平鎖,synchronized 是非公平鎖,且不可更改。
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5.ReentrantLock 通過 Condition 可以綁定多個(gè)條件
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