多线程并发-synchronized 和CAS锁的性能差别

一、认识锁：

       在多线程并发情况下，当写操作比较频繁时，有可能导致数据脏读的情况，为了解决数据脏读的问题，在jdk1.6之前，已经给我们提供synchronized 关键字，不管线程访问的目的是读还是写，统统先加一把锁。

 

二、锁的分类：

       1）synchronized（同步锁，也叫独占锁），它是一种悲观锁，可以加在方法上，表示线程进入该方法，需要竞争锁；当然也可以修饰代码块，针对类的对象设置锁。

       如果synchronied修饰静态方法，表示在类上增加了锁（类.class）；这个范围就比对象锁大。这里就算是不同对象，但是只要是该类的对象，就使用的是同一把锁。多个线程调用该类的同步的静态方法时，都会阻塞。

       如果修饰非静态方法，表示增加了对象锁（this），在多线程运行情况下，如果传入同一个对象，当访问对象方法时，是同步锁。如果是不同对象，访问方法时，不会阻塞。

       2）乐观锁：

乐观锁：乐观锁是所有线程访问共享资源都不会发生冲突，既然不会发生冲突就不会阻塞其他线程，那么线程不会出现阻塞等待的状态。
每次操作都认为不会发生冲突，尝试执行，并检测结果是否正确。如果正确则执行成功，否则发生了冲突，回退再重新尝试直到没有冲突。其实重试时间很快，差不多几毫秒，这个线程在尝试的过程一直在cpu上跑，只是跑的是无用指令，那么就没有从用户态切换到内核态，开销因此变小。

在Java多线程中，乐观锁一个常见实现是CAS操作。

CAS操作过程：
CAS（比较交换）。
其具有三个操作数:

    V：当前内存地址实际存放的值；
    O：内存存放预期值（旧值）；
    N :更新的新值。

当V=0，预期值和内存实际值相等，内存存放的实际值没有被任何其他线程修改，即O就是目前最新的值，可以将新值N赋给V；

当V！=O，表明内存存放的实际值已经被其他线程修改，因此O值不是当前最新值，返回V，无法修改。（将V返回是因为再次重试时期待值就变为V）

当多个线程使用CAS操作时一个变量时，只有一个线程会成功，并成功更新，其余线程均会失败。失败的线程会重新尝试（自旋），当然也可以选择重新挂起（阻塞）。自旋，当系统资源竞争激烈的情况下，会导致频繁的上下线。

当多个线程使用CAS操作时一个变量时，只有一个线程会成功，并成功更新，其余线程均会失败。失败的线程会重新尝试（自旋），当然也可以选择重新挂起（阻塞）。

三、汇总一下：

  在jdk1.6中，有四种锁：

  1）无锁：

  2）轻量级锁：

        轻量级锁：多个线程在不同时段获取同一把锁，即不存在锁竞争的情况，也就没有线程阻塞。针对这种情况，JVM采用轻量级锁来避免线程的阻塞与唤醒。

  3）偏向锁：

       Java虚拟机中synchronized关键字的实现锁，按照代价由高到低可以分为重量级锁、轻量锁和偏向锁三种。

       HotSpot的作者经过研究发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。
偏向锁是四种状态中最乐观的一种锁:从始至终只有一个线程请求某一把锁。

  4）重量级锁：

        当其他线程试图获取锁时，都会被阻塞，只有持有锁的线程释放锁后才会唤醒这些线程来进行竞争。

  3、几种锁总结：
Java虚拟机中synchronized关键字的实现锁，按照代价由高到低可以分为重量级锁、轻量锁和偏向锁三种。

    重量级锁会阻塞、唤醒请求加锁的线程。它针对的是多个线程同时竞争同一把锁的情况。JVM采用了自适应自旋（如果获取到锁就返回，失败就阻塞），来避免线程在面对非常小的synchronized代码块时，仍会被阻塞、唤醒的情况。
    轻量级锁采用CAS操作，将锁对象的标记字段替换为一个指针，指向当前线程栈上的一块空间，存储着锁对象原本的标记字段。它针对的是多个线程在不同时间段申请同一把锁的情况。
    偏向锁只会在第一次请求时采用CAS操作，在锁对象的标记字段中记录下当前线程的地址。在之后的运行过程中，持有该偏向锁的线程的不用加锁操作将直接返回。它针对的是锁仅会被同一线程持有的情况。

 

4、当并发量比较大是，sychronized的性能会比CAS块，当然当查询量很少是，可以直接执行CAS对应的指令，减少了上下文的缺陷，大大提升了工作效率。