Java线程4-锁

Java中锁的种类

公平锁/非公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁；非公平锁是指多个线程不是按照申请锁的顺序来获取锁，有可能后申请锁的线程先获得锁。
非公平锁的优点在于其吞吐量比公平锁大；非公平锁可能会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于 synchronized 而言，其是非公平锁。由于其不像 ReentrantLock 是通过 AQS 来实现的线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。
对于 ReentrantLock而言，可通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。

可重入锁

可重入锁又名递归锁，是指对于同一个线程，在外层方法获取锁的时候，进入内层方法时会自动对内层方法也加上同一把锁（对外层方法进行加锁时，内层方法会自动加锁）。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。
如下代码便是可重入锁的一个示例，如果不是可重入锁的话，setB()方法可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。

synchronized void setA() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
    setB();
}

synchronized void setB() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
}

对于 Java ReentrantLock 而言，其名字是 Re entrant Lock，即是可重入锁。
对于 synchronized 而言，也是一个可重入锁。

独享锁/共享锁

独享锁是指该锁只能同时被一个线程所持有；共享锁是指该锁可同时被多个线程所持有；
独享锁与共享锁都是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或共享；
对于 synchronized 而言，其是独享锁；
对于 Lock 的实现类 ReentrantLock 而言，其是独享锁；
对于 Lock 的实现类 ReadWriteLock 而言，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁；
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写、写读、写写是互斥的；

互斥锁/读写锁

上面说到的独享锁/共享锁是一种广义的说法，而互斥锁/读写锁则是其具体实现；互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock，读写锁在Java中的具体实现则是ReadWriteLock。

乐观锁/悲观锁

分段锁

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

Java中锁的验证与使用

1. synchronized

synchronizd 是可重入锁、非公平锁、独享锁
本示例可验证synchronizd 是可重入锁、非公平锁、独享锁
代码: SynchronizedTest.java
代码运行效果如下图，从图中可看出，在 synchronizd 修饰的 get/set 方法中，线程从get()方法中顺利进入了set()方法，说明 synchronizd是可重入锁；查看线程 run 的顺序，可得出线程申请锁的顺序是 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4；但是查看线程enter/leave的顺序，可得出线程获取锁的顺序 0 -> 2 -> 1 -> 3 ->4，线程0执行完毕后，并不是排在其后的线程1(获取锁的顺序)获取了锁，而是线程2获取了锁，说明synchronized是非公平锁；在各个线程执行的过程中，并没有其他线程能获得锁，说明synchronizd是独享锁。

2. ReentrantLock

ReentrantLock 是可重入锁、独享锁，并可通过构造函数构造公平锁/非公平锁，默认为非公平锁。
ReentrantLock 的 lock()/unlock() 操作通常与 try-finally 配合使用。

构造ReentrantLock为非公平锁

本示例可验证ReentrantLock 为可重入锁、独享锁，并默认为非公平锁(可通过构造函数修改)。
示例代码: ReentrantLockUnfairTest.java
代码运行效果如下图，从图中可看出: 在 ReentrantLock 修饰的get/set()方法中，线程从get()方法中顺利进入了set()方法中，说明 ReentrantLock 是可重入锁；各线程执行的过程中（enter–>leave），并没有其他线程在同时执行，说明 ReentrantLock 是独享锁；观察各线程获得锁的顺序(run): 0 -> 1 -> 2 -> 3 ->4，而线程的执行顺序却是: 0 -> 1 -> 2 -> 4 -> 3，在线程2执行完毕后，继续执行的是线程4，而不是线程3，线程未按获得获得锁执行，说明 默认的ReentrantLock 是非公平锁；

构造ReentrantLock为公平锁

本示例可验证ReentrantLock 为可重入锁、独享锁，并可通过构造函数构造非公平锁。
查看 ReentrantLock 的源码可发现，构造非公平锁，只需要向构造函数中传入true即可。

    /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
     * given fairness policy.
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

示例代码: ReentrantLockFairTest.java
代码运行结果如下图所示，从图中可看出: 在 ReentrantLock 修饰的get/set()方法中，线程从get()方法中顺利进入了set()方法中，说明 ReentrantLock 是可重入锁；各线程执行的过程中（enter–>leave），并没有其他线程在同时执行，说明 ReentrantLock 是独享锁；观察各线程获得锁的顺序（run）: 0 -> 2 -> 1 -> 3 ->4，线程的执行顺序也是: 0 -> 2 -> 1 -> 3 -> 4，此时的线程执行顺序与获得锁的顺序一直，说明** ReentrantLock 可被构造为公平锁 **；

3. ReentrantReadWriteLock

读写锁的性能都会比互斥锁要好，因为大多数场景读是多于写的。在读多于写的情况下，读写锁能提供比互斥锁更好的并发性和吞吐量。Java并发包提供的读写锁的具体实现是ReenantReadWriteLock。
ReentrantReadWriteLock是可重入锁、读写锁，并可通过构造函数构造公平锁（默认为非公平锁）。

特性	说明
公平性	支持公平锁/非公平锁，吞吐量还是非公平锁由于公平锁
可重入	该锁可重入；以读写线程为例：读线程在获取了读锁之后，能够再次获取读锁。而写线程在获取了写锁之后能够再次获取写锁，同时也可以获取读锁。
锁降级	遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级称为读锁。

参考文档

Java面试：多线程中的各种锁，你了解几个？
Java多线程中锁的理解与使用
JAVA锁有哪些种类，以及区别（转）
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