Java高并发编程——常见的锁及实现方式（2）

1、如何实现锁

1.1 JAVA同步 synchronized关键字

加同步格式：

synchronized( 需要一个任意的对象（锁） ){

　　代码块中放操作共享数据的代码}

synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：

1.获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有

2.线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。

所以synchronized等待线程能无期限地等待下去：这是一个致命的缺点

所以引进了Lock解决这个问题。

1.2 lock

1.2.1 lock和synchronized的区别

1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；

2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

关于 Lock和synchronized的选择

1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；

2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；

3）Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；

4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。

5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。

1.2.2 Lock接口中每个方法的使用：

lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)、lockInterruptibly()是用来获取锁的。

unLock()方法是用来释放锁的。

1.2.3 四个获取锁方法的区别：

lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

由于在前面讲到如果采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。

tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。

lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。

因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。

而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。ReentrantLock

直接使用lock接口的话，我们需要实现很多方法，不太方便，ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法，ReentrantLock，意思是“可重入锁”。

##2、 乐观锁与悲观锁
###2.1、 悲观锁
悲观锁，指数据被外界修改持保守态度(悲观),在整个数据处理过程中，将数据处于锁定状态。 悲观锁的实现，往往依靠数据库提供的锁机制 。数据库中实现是对数据记录进行操作前，先给记录加排它锁，如果获取锁失败，则说明数据正在被其他线程修改，则等待或者抛出异常。如果加锁成功，则获取记录，对其修改，然后事务提交后释放排它锁。
一个例子：select * from 表 where … for update;

悲观锁是先加锁再访问策略，处理加锁会让数据库产生额外的开销，还有增加产生死锁的机会，另外在多个线程只读情况下不会产生数据不一致行问题，没必要使用锁，只会增加系统负载，降低并发性，因为当一个事务锁定了该条记录，其他读该记录的事务只能等待。

2.2、 乐观锁

乐观锁是相对悲观锁来说的，它认为数据一般情况下不会造成冲突，所以在访问记录前不会加排他锁，而是在数据进行提交更新的时候，才会正式对数据的冲突与否进行检测，具体说根据update返回的行数让用户决定如何去做。乐观锁并不会使用数据库提供的锁机制，一般在表添加version字段或者使用业务状态来做。
具体可以参考：https://www.atatech.org/articles/79240

乐观锁直到提交的时候才去锁定，所以不会产生任何锁和死锁。

3、独占锁与共享锁

根据锁能够被单个线程还是多个线程共同持有，锁又分为独占锁和共享锁。独占锁保证任何时候都只有一个线程能读写权限，ReentrantLock就是以独占方式实现的互斥锁。共享锁则可以同时有多个读线程，但最多只能有一个写线程，读和写是互斥的，例如ReadWriteLock读写锁，它允许一个资源可以被多线程同时进行读操作，或者被一个线程 写操作，但两者不能同时进行。

独占锁是一种悲观锁，每次访问资源都先加上互斥锁，这限制了并发性，因为读操作并不会影响数据一致性，而独占锁只允许同时一个线程读取数据，其他线程必须等待当前线程释放锁才能进行读取。

共享锁则是一种乐观锁，它放宽了加锁的条件，允许多个线程同时进行读操作。

4、公平锁与非公平锁

根据线程获取锁的抢占机制锁可以分为公平锁和非公平锁，公平锁表示线程获取锁的顺序是按照线程加锁的时间多少来决定的，也就是最早加锁的线程将最早获取锁，也就是先来先得的FIFO顺序。而非公平锁则运行闯入，也就是先来不一定先得。

ReentrantLock提供了公平和非公平锁的实现：
公平锁ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(true);
非公平锁 ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(false);
如果构造函数不传递参数，则默认是非公平锁。

在没有公平性需求的前提下尽量使用非公平锁，因为公平锁会带来性能开销。
假设线程A已经持有了锁，这时候线程B请求该锁将会被挂起，当线程A释放锁后，假如当前有线程C也需要获取该锁，如果采用非公平锁方式，则根据线程调度策略线程B和C两者之一可能获取锁，这时候不需要任何其他干涉，如果使用公平锁则需要把C挂起，让B获取当前锁。

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