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。

05-07 21:12