理解Java中的锁

      编者按，作为一个Java程序员，在面试时候，经常会被问到多线程，高并发相关的内容，及各种各样锁，如公平锁，乐观锁，可重入锁等，这篇文章就简单解释下以下常见的各种锁。

 

• 公平锁/非公平锁

• 可重入锁

• 独享锁/共享锁

• 互斥锁/读写锁

• 乐观锁/悲观锁

• 分段锁

• 偏向锁/轻量级锁/重量级锁

• 自旋锁

   

公平锁/非公平锁

         公平锁，就是很公平，在并发环境中，每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己。

        非公平锁比较粗鲁，上来就直接尝试占有锁，如果尝试失败，就再采用类似公平锁那种方式

独享锁/共享锁

        独享锁/共享锁是一种广义的说法，就意思来看， 独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有，共享锁是指该锁可被多个线程所持有。互斥锁/读写锁是其具体的实现。互斥锁在Java中的具体实现是ReentrantLock读写锁在Java中的具体实现是ReadWriteLock

乐观锁/悲观锁

        乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。

        乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

        从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。悲观锁在Java中的使用，如独占锁synchronized。乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

 

分段锁

      分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，为了降低锁的竞争，我们一般采用下面的方式，

1、减少锁的持有时间 

2、降低锁的请求频率 

3、使用带有协调机制的独占锁，这些机制允许更高的并发性。

        在某些情况下我们可以将锁分解技术进一步扩展为一组独立对象上的锁进行分解，这称为分段锁。其实说的简单一点就是：容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。

比如：在ConcurrentHashMap中使用了一个包含16个锁的数组，每个锁保护所有散列桶的1/16，其中第N个散列桶由第（N mod 16）个锁来保护。假设使用合理的散列算法使关键字能够均匀的分部，那么这大约能使对锁的请求减少到越来的1/16。也正是这项技术使得ConcurrentHashMap支持多达16个并发的写入线程。

 

 

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

        这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
       轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，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，提高性能。
       重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

自旋锁

       在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

 

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