目录
1. 本地锁
1.1. 悲观锁与乐观锁
是一种思想,按遇到并发问题概率的思考,分为:乐观锁(很少发生并发问题)、悲观锁(一定会发生并发问题)
- 乐观锁 的实现有 CAS
- 悲观锁 的实现有 synchronized、lock等
1.2. 公平锁与非公平锁
按获取锁的顺序,分为:公平锁(按顺序获取锁)、非公平锁(看谁唤醒快,谁就抢到锁)
1.3. CAS
CAS 即比较与保存,底层使用的是一种自旋锁。
CAS存在ABA问题,解决办法,添加版本标识。
CAS常见的实现类有:
AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等等。
1.4. synchronized
synchronized 是一种同步锁,可以锁方法与锁代码块(锁对象)。
根据锁的并发程度不同,升级锁(不可降级),分为三个状态:偏向锁
、轻量级锁
、重量级锁
。
偏向锁
- 无多线程下,拿锁不需要竞争。在对象Mark Word中记录偏向线程ID。轻量级锁
- 多线程下,拿不到锁,就会进入轻量级锁。使用CAS方式自旋获取锁。重量级锁
- 并发量大时,就会进入重量级锁。使用的是互斥锁。
synchronized方法:就会标识ACC_SYNCHRONIZED,最后由monitor实现
synchronized代码块:直接使用了monitorenter 和 monitorexit 指令。
参考文章:
1.5. volatile 可见性
volatile 使用了内存屏障
,读的时候使用读屏障
,写的时候使用写屏障
,保证了数据都是从主内存中获取。线程不安全
1.6. ReentrantLock 可重入锁
ReentrantLock继承于Lock
ReentrantLock 包含公平锁和非公平锁,通过构造方法设置,默认是非公平锁。
常用的方法:
lock
加锁tryLock
尝试获取锁,分为两种方式,一种一直等待获取锁,一种在有效时间内获取锁,获取不了锁,就返回false。lockInterruptibly
中断等待获取锁的线程unlock
解锁newCondition
创建条件,等待与唤醒,与线程Thread的await和notify类似。有如下方法:await
等待线程signal
唤醒线程
1.7. AQS
AQS 全称 AbstractQueuedSynchronizer,为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁定和相关同步器(信号量、事件,等等)提供一个框架。
AbstractQueuedSynchronizer
抽象队列同步器,里面维护了一个FIFO队列,实现类有:Sync
同步锁,实现类有:NonfairSync
非公平锁FairSync
公平锁
应用于AQS的类有:
CountDownLatch、ReentrantLock、 ReentrantReadWriteLock、 Semaphore、 ThreadPoolExecutor
1.8. ReentrantReadWriteLock 可重入读写锁
ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lock.readLock();// 读锁
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();// 写锁
ReentrantReadWriteLock
读写锁WriteLock
使用了AQS中的独占锁
,具有排它性。ReadLock
使用了AQS中的共享锁
,允许多个线程读。
读锁和写锁都会导致线程阻塞。
锁降级:还允许将写锁降级为读锁
,方法是先获取写锁,再获取读锁,然后释放写锁。然而,无法从读锁升级到写锁
。不然就会死锁。
public void updateData(){
writeLock.lock();
readLock.lock();
out(">>"+"->updateData"+"->hello world!"+source);
writeLock.unlock();
readLock.unlock();
}
不允许读锁后进行写锁
,会导致死锁的。
2. 分布式锁
基于数据库的分布式锁
- 原理:利用插入锁记录。
基于Redis的分布式锁
- 原理:利用setNX 设置一个键,仅在键不存在时设置键成功。
- 工具:Redisson已经帮我们封装好分布式锁。解决了分布式锁过期续期问题。
基于ZooKeeper的分布式锁
- 原理:利用临时顺序节点
3. 额外的
3.1. synchronized 的锁升级原理
synchronized 的锁升级指的是在不同的情况下,synchronized 锁的状态会从偏向锁、轻量级锁、重量级锁等级别逐步升级的过程。在 Java 6 及之前的版本中,synchronized 的锁升级过程是固定的,而在 Java 6 及之后的版本中,锁升级过程是根据当前锁的状态和竞争情况动态调整的。
偏向锁
:当一个线程访问同步块并获取锁时,会在对象头中记录锁偏向的线程 ID,以后该线程再次进入同步块时,只需判断当前线程 ID 是否与对象头中记录的线程 ID 相同,如果相同,就可以直接进入同步块,无需进行额外的同步操作。如果有其他线程竞争锁,则偏向锁会被撤销。
轻量级锁
:当一个线程获取锁失败时,会尝试使用轻量级锁来提高性能。轻量级锁是通过将对象头中的信息复制到线程的栈帧中,然后在栈帧中进行同步操作来实现的。如果在同步过程中发生竞争,则轻量级锁会升级为重量级锁。
重量级锁
:当多个线程竞争同一个锁时,会升级为重量级锁。重量级锁是通过操作系统的互斥量来实现的,每次加锁和释放锁都需要进行系统调用,开销较大。
在 Java 6 及之前的版本中,锁升级过程是固定的,即从偏向锁升级到轻量级锁,再升级到重量级锁。而在 Java 6 及之后的版本中,锁升级过程是根据当前锁的状态和竞争情况动态调整的,可以根据实际情况选择偏向锁、轻量级锁或重量级锁,从而提高程序的性能。
参考文章:
3.2. synchronized锁原理
是通过对象内部的做监视器锁(monitor)实现。监视器锁是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock来实现,而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态,这个成本非常高,状态之间的转换需要相对比较长的时间,这就是为什么Synchronized 效率低的原因。