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 | 鎖名稱 | 應用 |
---|---|---|
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 | 獨占鎖 | synchronized、vector、hashtable、ReentrantReadWriteLock中寫鎖 |
10 | 重量級鎖 | synchronized |
11 | 輕量級鎖 | 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 | 相互請求對方的資源 |
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)時認為別的線程不會正在進行修改(所以沒有上鎖)。寫數(shù)據(jù)時,判斷當前 與期望值是否相同,如果相同則進行更新(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,比較當前值(主內(nèi)存中的值),與預期值(當前線程中的值,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)進行CAS操作。
如上圖所示,可以同時進行讀操作,讀的時候其他線程不能進行寫操作。
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)的時候都認為其他線程會修改,所以每次讀寫數(shù)據(jù)都會認為其他線程會修改,所以每次讀寫數(shù)據(jù)時都會上鎖。其他線程想要讀寫這個數(shù)據(jù)時,會被這個線程block,直到這個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,只能有一個線程進行讀操作或者寫操作,其他線程的讀寫操作均不能進行。
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)行一個忙循環(huán)(自旋)。
現(xiàn)在絕大多數(shù)的個人電腦和服務器都是多路(核)處理器系統(tǒng),如果物理機器有一個以上的處理器或者處理器核心,能讓兩個或以上的線程同時并行執(zhí)行,就可以讓后面請求鎖的那個線程“稍等一會”,但不放棄處理器的執(zhí)行時間,看看持有鎖的線程是否很快就會釋放鎖。
自旋鎖的優(yōu)點:
避免了線程切換的開銷。掛起線程和恢復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虛擬機的并發(fā)性能帶來了很大的壓力。
自旋鎖的缺點:
占用處理器的時間,如果占用的時間很長,會白白消耗處理器資源,而不會做任何有價值的工作,帶來性能的浪費。因此自旋等待的時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,就應當使用傳統(tǒng)的方式去掛起線程。
自旋次數(shù)默認值:10次,可以使用參數(shù)-XX:PreBlockSpin來自行更改。
自適應自旋:
自適應意味著自旋的時間不再是固定的,而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀態(tài)來決定的。有了自適應自旋,隨著程序運行時間的增長及性能監(jiān)控信息的不斷完善,虛擬機對程序鎖的狀態(tài)預測就會越來越精準。
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被鎖所阻塞。
可重入鎖的原理:
通過組合自定義同步器來實現(xiàn)鎖的獲取與釋放。
-
再次獲取鎖:識別獲取鎖的線程是否為當前占據(jù)鎖的線程,如果是,則再次成功獲取。獲取鎖后,進行計數(shù)自增,
-
釋放鎖:釋放鎖時,進行計數(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,釋放兩次會出現(xiàn)什么問題?
答:會報錯,java.lang.IllegalMonitorStateException。
5、讀寫鎖
讀寫鎖是一種技術(shù):
通過ReentrantReadWriteLock類來實現(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: 允許多個線程獲取讀鎖,同時訪問同一個資源。
讀鎖
寫鎖: 只允許一個線程獲取寫鎖,不允許同時訪問同一個資源。
寫鎖
如何使用:
/**
* 創(chuàng)建一個讀寫鎖
* 它是一個讀寫融為一體的鎖,在使用的時候,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:
多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。在并發(fā)環(huán)境中,每個線程會先查看此鎖維護的等待隊列,如果當前等待隊列為空,則占有鎖,如果等待隊列不為空,則加入到等待隊列的末尾,按照FIFO的原則從隊列中拿到線程,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,有可能后申請鎖的線程比先申請的線程優(yōu)先獲取鎖。
優(yōu)點: 非公平鎖的性能高于公平鎖。
缺點: 有可能造成線程饑餓(某個線程很長一段時間獲取不到鎖)
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、獨占鎖
獨占鎖
獨占鎖是一種思想:
只能有一個線程獲取鎖,以獨占的方式持有鎖。和悲觀鎖、互斥鎖同義。
Java中用到的獨占鎖: synchronized,ReentrantLock
10、重量級鎖
重量級鎖
重量級鎖是一種稱謂: synchronized是通過對象內(nèi)部的一個叫做監(jiān)視器鎖(monitor)來實現(xiàn)的,監(jiān)視器鎖本身依賴底層的操作系統(tǒng)的 Mutex Lock來實現(xiàn)。操作系統(tǒng)實現(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來實現(xiàn)的鎖稱為重量級鎖。為了優(yōu)化synchonized,引入了輕量級鎖,偏向鎖。
Java中的重量級鎖: synchronized
11、輕量級鎖
輕量級鎖
輕量級鎖是JDK6時加入的一種鎖優(yōu)化機制:
輕量級鎖是在無競爭的情況下使用CAS操作去消除同步使用的互斥量。輕量級是相對于使用操作系統(tǒng)互斥量來實現(xiàn)的重量級鎖而言的。輕量級鎖在沒有多線程競爭的前提下,減少傳統(tǒng)的重量級鎖使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能消耗。如果出現(xiàn)兩條以上的線程爭用同一個鎖的情況,那輕量級鎖將不會有效,必須膨脹為重量級鎖。
優(yōu)點: 如果沒有競爭,通過CAS操作成功避免了使用互斥量的開銷。
缺點: 如果存在競爭,除了互斥量本身的開銷外,還額外產(chǎn)生了CAS操作的開銷,因此在有競爭的情況下,輕量級鎖比傳統(tǒng)的重量級鎖更慢。
12、偏向鎖
偏向鎖
偏向鎖是JDK6時加入的一種鎖優(yōu)化機制:
在無競爭的情況下把整個同步都消除掉,連CAS操作都不去做了。偏是指偏心,它的意思是這個鎖會偏向于第一個獲得它的線程,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不需要再進行同步。持有偏向鎖的線程以后每次進入這個鎖相關的同步塊時,虛擬機都可以不再進行任何同步操作(例如加鎖、解鎖及對Mark Word的更新操作等)。
優(yōu)點: 把整個同步都消除掉,連CAS操作都不去做了,優(yōu)于輕量級鎖。
缺點: 如果程序中大多數(shù)的鎖都總是被多個不同的線程訪問,那偏向鎖就是多余的。
13、分段鎖
分段鎖
分段鎖是一種機制:
最好的例子來說明分段鎖是ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap原理:它內(nèi)部細分了若干個小的 HashMap,稱之為段(Segment)。默認情況下一個 ConcurrentHashMap 被進一步細分為 16 個段,既就是鎖的并發(fā)度。如果需要在 ConcurrentHashMap 添加一項key-value,并不是將整個 HashMap 加鎖,而是首先根據(jù) hashcode 得到該key-value應該存放在哪個段中,然后對該段加鎖,并完成 put 操作。在多線程環(huán)境中,如果多個線程同時進行put操作,只要被加入的key-value不存放在同一個段中,則線程間可以做到真正的并行。
線程安全:ConcurrentHashMap 是一個 Segment 數(shù)組, Segment 通過繼承ReentrantLock 來進行加鎖,所以每次需要加鎖的操作鎖住的是一個 segment,這樣只要保證每個 Segment 是線程安全的,也就實現(xiàn)了全局的線程安全
14、互斥鎖
互斥鎖
互斥鎖與悲觀鎖、獨占鎖同義,表示某個資源只能被一個線程訪問,其他線程不能訪問。
-
讀-讀互斥
-
讀-寫互斥
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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)行的多個線程,在同一時間內(nèi)只允許一個線程訪問共享數(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,兩個線程都不釋放自己持有的資源,則兩個線程都獲取不到對方的資源,就會造成死鎖。
Java中的死鎖不能自行打破,所以線程死鎖后,線程不能進行響應。所以一定要注意程序的并發(fā)場景,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)操作都對同一個對象反復加鎖和解鎖,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爭,頻繁地進行互斥同步操作將會導致不必要的性能損耗,所以就采取了一種方案:把加鎖的范圍擴展(粗化)到整個操作序列的外部,這樣加鎖解鎖的頻率就會大大降低,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Java虛擬機運行時發(fā)現(xiàn)有些共享數(shù)據(jù)不會被線程競爭時就可以進行鎖消除。
那如何判斷共享數(shù)據(jù)不會被線程競爭?
利用逃逸分析技術(shù):分析對象的作用域,如果對象在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。
在堆上的某個數(shù)據(jù)不會逃逸出去被其他線程訪問到,就可以把它當作棧上數(shù)據(jù)對待,認為它是線程私有的,同步加鎖就不需要了。
19、synchronized
synchronized
synchronized是Java中的關鍵字:用來修飾方法、對象實例。屬于獨占鎖、悲觀鎖、可重入鎖、非公平鎖。
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1.作用于實例方法時,鎖住的是對象的實例(this);
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2.當作用于靜態(tài)方法時,鎖住的是 Class類,相當于類的一個全局鎖, 會鎖所有調(diào)用該方法的線程;
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3.synchronized 作用于一個非 NULL的對象實例時,鎖住的是所有以該對象為鎖的代碼塊。它有多個隊列,當多個線程一起訪問某個對象監(jiān)視器的時候,對象監(jiān)視器會將這些線程存儲在不同的容器中。
每個對象都有個 monitor 對象, 加鎖就是在競爭 monitor 對象,代碼塊加鎖是在代碼塊前后分別加上 monitorenter 和 monitorexit 指令來實現(xiàn)的,方法加鎖是通過一個標記位來判斷的。
20、Lock和synchronized的區(qū)別
自動擋和手動擋的區(qū)別
Lock:
是Java中的接口,可重入鎖、悲觀鎖、獨占鎖、互斥鎖、同步鎖。
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1.Lock需要手動獲取鎖和釋放鎖。就好比自動擋和手動擋的區(qū)別
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2.Lock 是一個接口,而 synchronized 是 Java 中的關鍵字, synchronized 是內(nèi)置的語言實現(xiàn)。
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3.synchronized 在發(fā)生異常時,會自動釋放線程占有的鎖,因此不會導致死鎖現(xiàn)象發(fā)生;而 Lock 在發(fā)生異常時,如果沒有主動通過 unLock()去釋放鎖,則很可能造成死鎖現(xiàn)象,因此使用 Lock 時需要在 finally 塊中釋放鎖。
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4.Lock 可以讓等待鎖的線程響應中斷,而 synchronized 卻不行,使用 synchronized 時,等待的線程會一直等待下去,不能夠響應中斷。
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5.通過 Lock 可以知道有沒有成功獲取鎖,而 synchronized 卻無法辦到。
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6.Lock 可以通過實現(xiàn)讀寫鎖提高多個線程進行讀操作的效率。
synchronized的優(yōu)勢:
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足夠清晰簡單,只需要基礎的同步功能時,用synchronized。
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Lock應該確保在finally塊中釋放鎖。如果使用synchronized,JVM確保即使出現(xiàn)異常,鎖也能被自動釋放。
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使用Lock時,Java虛擬機很難得知哪些鎖對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、獨占鎖、互斥鎖、同步鎖。
劃重點
相同點:
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1.主要解決共享變量如何安全訪問的問題
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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:
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1.ReentrantLock 就像手動汽車,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 可響應中斷, synchronized 是不可以響應中斷的,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 級別的, synchronized 是 JVM 級別的
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4.ReentrantLock 可以實現(xiàn)公平鎖、非公平鎖,默認非公平鎖,synchronized 是非公平鎖,且不可更改。
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5.ReentrantLock 通過 Condition 可以綁定多個條件
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