深入解析各种锁（JAVA）

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一、各种锁概念

1. 可重入锁、不可重入锁

Java中提供的synchronized，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock都是可重入锁。

重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁是可以直接拿到的。

不可重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁，无法获取到的，因为A锁被当前线程占用着，需要等待自己释放锁再获取锁。

2. 乐观锁、悲观锁

Java中提供的synchronized，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock都是悲观锁。

Java中提供的CAS操作，就是乐观锁的一种实现。

悲观锁：

获取资源时：获取不到锁资源时，会将当前线程挂起（进入BLOCKED、WAITING），线程挂起会涉及到用户态和内核的太的切换，而这种切换是比较消耗资源的。

操作数据时：在操作数据的时候，认为其他人也会对数据进行操作更改，因此在获取数据的时候会先加锁，其他线程想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁（公共资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）

• 用户态：JVM可以自行执行的指令，不需要借助操作系统执行。
• 内核态：JVM不可以自行执行，需要操作系统才可以执行。

乐观锁：

获取资源时：获取不到锁资源，可以再次让CPU调度，重新尝试获取锁资源。

操作数据时：在操作同一数据时，都认为他人不会对数据进行操作，所以不会对数据进行上锁，但是在做数据更新的时候会判断是否有其他人已经同时更新或已经更新完这个数据【可以使用版本号机制和CAS算法进行实现】

Atomic原子性类中，就是基于CAS乐观锁实现的。

3.公平锁、非公平锁

Java中提供的synchronized只能是非公平锁。

Java中提供的ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock可以实现公平锁和非公平锁

公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B去排队，线程C来了，锁被A持有，同时线程B在排队。直接排到B的后面，等待B拿到锁资源或者是B取消后，才可以尝试去竞争锁资源。

优点：所有的线程都能得到资源，不会饿死在队列中。

缺点：吞吐量会下降很多，队列里面除了第一个线程，其他的线程都会阻塞，cpu唤醒阻塞线程的开销会很大。

非公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B去排队，线程C来了，先尝试竞争一波

• 拿到锁资源：开心，插队成功。
• 没有拿到锁资源：依然要排到B的后面，等待B拿到锁资源或者是B取消后，才可以尝试去竞争锁资源。

优点：可以减少CPU唤醒线程的开销，整体的吞吐效率会高点，CPU也不必取唤醒所有线程，会减少唤起线程的数量。

缺点：你们可能也发现了，这样可能导致队列中间的线程一直获取不到锁或者长时间获取不到锁，导致饿死。

4. 互斥锁、共享锁

Java中提供的synchronized、ReentrantLock是互斥锁。

Java中提供的ReentrantReadWriteLock，有互斥锁也有共享锁。

互斥锁：同一时间点，只会有一个线程持有者当前互斥锁。

共享锁：同一时间点，当前共享锁可以被多个线程同时持有。又称为读锁，可以查看但无法修改和删除的一种数据锁。如果事务T对数据A加上共享锁后，则其他事务只能对A再加共享锁，不能加排它锁。获准共享锁的事务只能读数据，不能修改数据。 共享锁下其它用户可以并发读取，查询数据。但不能修改，增加，删除数据。资源共享

二、深入synchronized

2.1 类锁、对象锁

synchronized的使用一般就是同步方法和同步代码块。

synchronized的锁是基于对象实现的。

如果使用同步方法

• static：此时使用的是当前类.class作为锁（类锁）
• 非static：此时使用的是当前对象做为锁（对象锁）

public class MiTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 锁的是，当前Test.class
        Test.a();

        Test test = new Test();
        // 锁的是new出来的test对象
        test.b();
    }

}

class Test{
    public static synchronized void a(){
        System.out.println("1111");
    }

    public synchronized void b(){
        System.out.println("2222");
    }
}

2.2 synchronized的优化

在JDK1.5的时候，Doug Lee推出了ReentrantLock，lock的性能远高于synchronized，所以JDK团队就在JDK1.6中，对synchronized做了大量的优化。

锁消除：在synchronized修饰的代码中，如果不存在操作临界资源的情况，会触发锁消除，你即便写了synchronized，他也不会触发。

public synchronized void method(){
    // 没有操作临界资源
    // 此时这个方法的synchronized你可以认为木有~~
}

锁膨胀：如果在一个循环中，频繁的获取和释放做资源，这样带来的消耗很大，锁膨胀就是将锁的范围扩大，避免频繁的竞争和获取锁资源带来不必要的消耗。

public void method(){
    for(int i = 0;i < 999999;i++){
        synchronized(对象){

        }
    }
    // 这是上面的代码会触发锁膨胀
    synchronized(对象){
        for(int i = 0;i < 999999;i++){

        }
    }
}

锁升级：ReentrantLock的实现，是先基于乐观锁的CAS尝试获取锁资源，如果拿不到锁资源，才会挂起线程。synchronized在JDK1.6之前，完全就是获取不到锁，立即挂起当前线程，所以synchronized性能比较差。

synchronized就在JDK1.6做了锁升级的优化

• 无锁、匿名偏向：当前对象没有作为锁存在。
• 偏向锁：如果当前锁资源，只有一个线程在频繁的获取和释放，那么这个线程过来，只需要判断，当前指向的线程是否是当前线程 。
  • 如果是，直接拿着锁资源走。
  • 如果当前线程不是我，基于CAS的方式，尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到，触发锁升级，升级为轻量级锁。（偏向锁状态出现了锁竞争的情况）
• 轻量级锁：会采用自旋锁的方式去频繁的以CAS的形式获取锁资源（采用的是自适应自旋锁）
  • 如果成功获取到，拿着锁资源走
  • 如果自旋了一定次数，没拿到锁资源，锁升级。
• 重量级锁：就是最传统的synchronized方式，拿不到锁资源，就挂起当前线程。（用户态&内核态）

2.3 synchronized实现原理

synchronized是基于对象实现的。

先要对Java中对象在堆内存的存储有一个了解。可以点击这里详细了解对象内存布局详解。点这里

展开MarkWord：MarkWord中标记着四种锁的信息：无锁、偏向锁、轻量级锁