多线程进阶（1）

作者：爱塔居

专栏：JavaSE

文章简介：介绍锁策略

作者简介：大三学生，希望和大家一起进步~

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前言

一、乐观锁与悲观锁

二、轻量级锁与重量级锁

三、自旋锁与挂起等待锁

四、互斥锁与读写锁

五、可重入锁与不可重入锁

六、公平锁与非公平锁

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前言

以下介绍的锁策略，不只是针对Java。别的语言，别的工具只要涉及到锁，也是同样适用的。

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一、乐观锁与悲观锁

锁的实现者，预测接下来锁冲突的概率是大，还是不大。根据这个冲突的概率，来决定接下来该咋做。这里的锁冲突，就是锁竞争。两个线程针对一个对象加锁，产生阻塞等待了。

乐观锁：预测接下来冲突概率不大。

悲观锁：预测接下来冲突概率比较大。

从而，导致最终要做的事情是不一样的。

就比如天气预报说，明天下午可能会下雨。我觉得明天下午不一定会有雨，说不准雨挺小的，不带伞。那就是乐观锁。

如果我明天下午出门，做好准备，就怕明天下午真的有雨，先把晒在阳台的衣服收好了，然后穿上雨衣，带着雨伞，再出门。这就是悲观锁。

二、轻量级锁与重量级锁

轻量级锁，加锁解锁，过程更快更高效。

重量级锁，加锁解锁，过程更慢更低效。

这与悲观乐观，虽然并不是一回事，但确实有一定的重合，

一个乐观锁很有可能也是一个轻量级锁（不绝对）

一个悲观锁很有可能也是一个重量级锁（不绝对）

三、自旋锁与挂起等待锁

自旋锁是轻量级锁的一种经典实现。

挂起等待锁是重量级锁的一种典型实现。

举个例子：

我跟心爱的姑娘表白，表白失败。（加锁失败）

自旋锁：锲而不舍追她，每天送早餐送花。等哪一天，她跟男朋友分手了。这时候，我有很大的机会追上她，加上锁。一旦锁被释放，就能第一时间拿到锁，速度更快。但是每天都要围着她转，相当于忙等，会消耗cpu资源。

挂起等待锁：被拒绝之后，我就好好学习，不联系她了。等哪天，她突然想起来我了，问要不要在一起，然后加上锁。如果锁被释放，不能第一时间拿到锁。可能需要过很长时间才能加上锁。不过，在这个过程，我是在忙自己的事情的。

自旋锁：通常是纯用户态的，不需要经过内核态。（时间相对更短）

挂起等待锁：通过内核的机制来实现挂起等待。

针对上述三组策略，synchronized这把锁属于哪种呢？

synchronized既属于悲观锁，也是乐观锁，既是轻量级锁，也是重量级锁，轻量级锁部分基于自旋锁实现，重量级锁部分基于挂起等待锁实现。

synchronized会根据当前锁竞争的激烈程度，自适应。

如果锁冲突不激烈，以轻量级锁/乐观锁的状态运行。

如果锁冲突激烈，以重量级锁/悲观锁的状态运行。

四、互斥锁与读写锁

synchronized，是互斥锁。除此之外，还有一种锁叫读写锁，能够把读与写两种加锁区分开。

像synchronized只有两个操作：

1.进入代码块，加锁。

2.出了代码块，解锁。

读写锁：

1.给读加锁

2.给写加锁

3.解锁

如果多个线程读同一个变量，不会涉及到线程安全问题。

读写锁中，约定：

1.读锁与读锁之间，不会有锁竞争，不会产生阻塞等待。

2.写锁与写锁之间，有锁竞争。

3.读锁与写锁之间，也有锁竞争。

读写锁更适合于一写多读的情况。

标准库提供了两个专门的读写锁（读锁是一个类，写锁是一个类）Reentrant        可重入的

五、可重入锁与不可重入锁

如果一个锁，在一个线程中，连续对该锁加锁两次，不死锁，就叫可重入锁，如果死锁了，就叫不可重入锁。

举个例子，我跟帅哥表白，帅哥答应当我男朋友了。

 这时，我再用小号加那个帅哥，说：“你当我男朋友吧。”这时，他不同意，说我已经有女朋友了。这时，就是不可重入锁。

如果，帅哥发现这个小号也是我，又答应了。这就是可重入锁。

Object locker=new Object();
synchronized(locker){
    synchronized(locker){
    }   
}

形如这个代码，就是 加锁两次的情况。第二次尝试加锁，需要等待第一个锁释放。第一个锁释放，需要等待第二个锁加锁成功。这就死锁了。

关于死锁的情况：

1.一个线程，一把锁，可重入锁没事，不可重入锁死锁。

2.两个线程两把锁，即使是可重入锁，也会死锁。

比如，我给猫猫喂猫条，这时猫猫才肯让我随便rua。那我又想着rua开心了，再给猫猫喂猫条。这时候，我和猫猫就是两个线程。猫条和rua几下就是两把锁。

如果僵持不下，我rua不到猫猫，猫猫吃不到美味的猫条。

 

如果是N个线程，M把锁，线程数量和锁数量更多了，就更容易死锁了，就比如哲学家就餐问题。

死锁的四个必要条件：

1.互斥使用，一个线程拿到一把锁之后，另一个线程不能使用。（锁的基本特点）

2.不可抢占。一个线程拿到锁，只能自己主动释放，不能是被其他线程强行占有。（锁的基本特点）

3.请求和保持。“吃着碗里的，看着锅里的。”（代码的特点）

4.循环等待。逻辑依赖循环。“家钥匙锁车里了，车钥匙锁家里了。”（代码的特点）

怎么避免死锁？

约定获取多把锁，先获取锁小的编号，后获取锁大的编号。

只要约定了加锁顺序，循环等待自然破除，死锁不会形成了。

六、公平锁与非公平锁

约定先来后到，就是公平锁。不遵守先来后到，就是非公平锁。

比如去食堂打饭吃。

如果，一群人在食堂等饭点买饭。A等了一个小时，B等了半小时，C刚来。这时候，A说：“我最早过来等的，我先吃。”等最久，最先吃上饭，那就是公平锁。

如果，到了饭点，A、B、C有同等概率可以第一时间打上饭，那就是非公平锁。 

系统对于线程的调度是随机的。自带的synchronized这个锁是非公平的。要想实现公平锁，需要在synchronized的基础上，加上一个队列来记录这些加锁线程的顺序。

synchronized特点：

1.既是乐观锁，也是悲观锁

2.既是轻量级锁，也是重量级锁

3.轻量级锁基于自旋实现，重量级锁基于挂起等待实现

4.不是读写锁

5.是可重入锁

6.是非公平锁