多线程锁的概念

1.无锁

无锁没有对资源进行锁定,所有的线程都能访问并修改同一个资源,但同时只有一个线程能修改成功。

2.偏向锁

它会偏向于第一个访问锁的线程,如果在运行过程中,同步锁只有一个线程访问,不存在多线程争用的情况,则线程是不需要触发同步的,这种情况下,就会给线程加一个偏向锁

3.轻量级锁

偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下,当第二个线程加入锁争用的时候,偏向锁就会升级为轻量级锁;其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,从而提高性能。

4.重量级锁

但是当自旋超过一定的次数,或者一个线程在持有锁,一个在自旋,又有第三个来访时,轻量级锁升级为重量级锁。

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综上,偏向锁通过对比Mark Word解决加锁问题,避免执行CAS操作。而轻量级锁是通过用CAS操作和自旋来解决加锁问题,避免线程阻塞和唤醒而影响性能。重量级锁是将除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞。

5.悲观锁

悲观锁认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据,因此在获取数据的时候会先加锁,确保数据不会被别的线程修改。Java中,synchronized关键字和Lock的实现类都是悲观锁。

乐观锁

而乐观锁认为自己在使用数据时不会有别的线程修改数据,所以不会添加锁,只是在更新数据的时候去判断之前有没有别的线程更新了这个数据。
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根据从上面的概念描述我们可以发现:

  • 悲观锁适合写操作多的场景,先加锁可以保证写操作时数据正确。
  • 乐观锁适合读操作多的场景,不加锁的特点能够使其读操作的性能大幅提升。

为何乐观锁能够做到不锁定同步资源也可以正确的实现线程同步呢?

乐观锁的主要实现方式 “CAS” 的技术原理

CAS全称 Compare And Swap(比较与交换),是一种无锁算法。

CAS算法涉及到三个操作数:

需要读写的内存值 V。
进行比较的值 A。
要写入的新值 B。

当且仅当 V 的值等于 A 时,CAS通过原子方式用新值B来更新V的值(“比较+更新”整体是一个原子操作)

CAS算法存在的问题:

  • ABA问题。 但是如果内存值原来是A,后来变成了B,然后又变成了A,那么CAS进行检查时会发现值没有发生变化,但是实际上是有变化的。
  • 循环时间长开销大。 CAS操作如果长时间不成功,会导致其一直自旋,给CPU带来非常大的开销。
  • 只能保证一个共享变量的原子操作。 对一个共享变量执行操作时,CAS能够保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,CAS是无法保证操作的原子性的。

自旋锁

而为了让当前线程“稍等一下”,我们需让当前线程进行自旋,如果在自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁,那么当前线程就可以不必阻塞而是直接获取同步资源,从而避免切换线程的开销。

自旋锁的实现原理同样也是CAS

AtomicInteger中调用unsafe进行自增操作的源码中的do-while循环就是一个自旋操作,如果修改数值失败则通过循环来执行自旋,直至修改成功。

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适应性自旋锁

自适应意味着自旋的时间(次数)不再固定,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。

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公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,线程直接进入队列中排队,队列中的第一个线程才能获得锁。
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非公平锁

非公平锁是多个线程加锁时直接尝试获取锁,获取不到才会到等待队列的队尾等待。
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AQS

全称:AbstractQueuedSynchronizer;是一个用于构建锁和同步容器的框架;
AQS使用一个FIFO的队列标识排队等待锁的线程,队列头结点称作“哨兵节点”,不与任何线程关联;

综上,公平锁就是通过同步队列来实现多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,从而实现公平的特性。非公平锁加锁时不考虑排队等待问题,直接尝试获取锁,所以存在后申请却先获得锁的情况。

可重入锁

可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,再进入该线程的内层方法会自动获取锁(前提锁对象得是同一个对象或者class),不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。
Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入锁,可重入锁的一个优点是可一定程度避免死锁。
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非可重入锁

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独享锁

独享锁也叫排他锁,是指该锁一次只能被一个线程所持有。如果线程T对数据A加上排它锁后,则其他线程不能再对A加任何类型的锁。

共享锁

共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的,通过实现不同的方法,来实现独享或者共享。

读锁是共享锁,写锁是独享锁。

posted @ 2021-08-13 11:11  风飘落叶  阅读(481)  评论(1编辑  收藏  举报