【多线程】JAVA中的锁

锁作用

java中的锁是用来控制多个线程访问共享资源的方式。一般来说一个锁能够防止多个线程同时访问共享资源(读写锁，读锁是共享锁允许多个线程读共享资源)。

锁的分类

• 乐观锁：在访问资源时，认为竞争不总是存在，所以在访问共享资源时不加锁，而是在更新数据时判断共享资源是否被其他线程修改（根据版本号/时间戳），如果没有则修改成功；否则进行重试或报错。
• 悲观锁：在访问资源时，任务竞争总是存在，所以在访问共享资源时进行加锁。
• 共享锁：访问共享资源时，共享锁可以被多个线程共同持有。
• 排它锁：访问共享资源时，锁只能被一个线程所持有。

锁的实现

乐观锁的实现：

• 一般乐观锁利用版本号或者CAS（比较并替换）算法来实现。
  • 版本号：是在数据表中添加一个version或者timestamp，在更新时对比用来和原数据进行笔记，如果一致则认为没有发生竞争，直接更新；如果不一致代表发生了竞争，需要重重新计算。
  • CAS算法：全称Compare And Swap，CAS是一个原子操作，依赖于底层的一条CPU指令。涉及到三个操作数
    • V：要更新的变量值
    • E：预期值 Expected
    • N：新值 New
    • 当且仅当 要更新的变量值的V和传入的预期值E相同才更新新值 N。
• Java中CAS的实现是依赖JDK提供的 Unsafe类来实现的，提供了三个本地方法

//对象的更新
    public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);
//int类型的更新
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
//long类型的更新
    public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

• 大部分的CAS的实现都是利用循环来处理，当CAS失败时，重试到成功；如果并发太大，重试的次数非常多会导致大量的CPU消耗，所以一般是会加上一个次数限制，防止无休止的重试，消耗资源。
  • 存在的问题：
    • ABA问题：如果要求严格，则可以添加版本号/时间戳杜绝ABA问题
    • 大量循环消耗资源
    • 只能保证一个变量的原子操作，如果Object是一个组合对象，则对象内部的对象操作不能保证原子；可以使用AtomicReference保证组合对象的原子性。
• CAS的实现类：
  • AtomicInteger
  • AtomicLong
  • AtomicReference

悲观锁：

• 一般悲观锁利用 synchronized 关键字和 Lock对象来保证读写、写写的互斥，保证共享资源同一时间只有一个线程可以操作。
• 在并发量不大，且无特殊锁获取，加解锁的需求是，建议直接使用 synchronized关键字，经JDK优化后synchronized不再像之前一样是一个觉得排它锁；锁升级可以满足大部分的并发的业务场景。（锁升级的原理可以看 【多线程】synchronized关键字详解）
• 悲观锁
  • synchronized
  • ReentrantLock