本篇內(nèi)容主要講解“Java 中的鎖是什么意思”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“Java 中的鎖是什么意思”吧!

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鎖的類型

鎖的類型從不同的角度看，主要分為以下幾種

• 悲觀鎖、樂觀鎖

• 阻塞、非阻塞、自旋鎖

• 公平、非公平

• 可重入、不可重入

• 共享鎖、排他鎖

悲觀鎖和樂觀鎖

悲觀鎖

• 悲觀鎖認(rèn)為自己在使用數(shù)據(jù)的時(shí)候一定有別的線程來修改數(shù)據(jù)，因此在獲取數(shù)據(jù)的時(shí)候會(huì)先加鎖，確保數(shù)據(jù)不會(huì)被別的線程修改。

• 悲觀鎖適合寫操作多的場景，先加鎖可以保證寫操作時(shí)數(shù)據(jù)正確。

樂觀鎖

• 樂觀鎖認(rèn)為自己在使用數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)有別的線程修改數(shù)據(jù)，所以不會(huì)添加鎖，只是在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候去判斷之前有沒有別的線程更新了這個(gè)數(shù)據(jù)。如果這個(gè)數(shù)據(jù)沒有被更新，當(dāng)前線程將自己修改的數(shù)據(jù)成功寫入。

• 樂觀鎖適合讀操作多的場景，不加鎖的特點(diǎn)能夠使其讀操作的性能大幅提升。

• 樂觀鎖在java中通過使用無鎖編程來實(shí)現(xiàn)，原子類中的遞增操作就是通過CAS自旋來實(shí)現(xiàn)的。偽代碼如下：

do {
    value = getXXXVolatile()
} while(!compareAndSwapInt(obj, address, value, value + delta))

CAS

CAS全稱 Compare And Swap（比較與交換），是一種無鎖算法。在不使用鎖（沒有線程被阻塞）的情況下實(shí)現(xiàn)多線程之間的變量同步。

CAS是一個(gè)原子操作，底層通過Unsafe類進(jìn)行操作。

阻塞、非阻塞、自旋鎖

阻塞或喚醒一個(gè)Java線程需要操作系統(tǒng)切換CPU狀態(tài)來完成，這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要耗費(fèi)處理器時(shí)間。如果同步代碼塊中的內(nèi)容過于簡單，狀態(tài)轉(zhuǎn)換消耗的時(shí)間有可能比用戶代碼執(zhí)行的時(shí)間還要長。

在許多場景中，同步資源的鎖定時(shí)間很短，為了這一小段時(shí)間去切換線程，線程掛起和恢復(fù)現(xiàn)場的花費(fèi)可能會(huì)讓系統(tǒng)得不償失。如果物理機(jī)器有多個(gè)處理器，能夠讓兩個(gè)或以上的線程同時(shí)并行執(zhí)行，我們就可以讓后面那個(gè)請(qǐng)求鎖的線程不放棄CPU的執(zhí)行時(shí)間，看看持有鎖的線程是否很快就會(huì)釋放鎖。

而為了讓當(dāng)前線程“稍等一下”，我們需讓當(dāng)前線程進(jìn)行自旋，如果在自旋完成后前面鎖定同步資源的線程已經(jīng)釋放了鎖，那么當(dāng)前線程就可以不必阻塞而是直接獲取同步資源，從而避免切換線程的開銷。這就是自旋鎖。

自旋鎖本身是有缺點(diǎn)的，它不能代替阻塞。自旋等待雖然避免了線程切換的開銷，但它要占用處理器時(shí)間。如果鎖被占用的時(shí)間很短，自旋等待的效果就會(huì)非常好。反之，如果鎖被占用的時(shí)間很長，那么自旋的線程只會(huì)白浪費(fèi)處理器資源。所以，自旋等待的時(shí)間必須要有一定的限度，如果自旋超過了限定次數(shù)（默認(rèn)是10次，可以使用-XX:PreBlockSpin來更改）沒有成功獲得鎖，就應(yīng)當(dāng)掛起線程。

自旋鎖的實(shí)現(xiàn)原理同樣也是CAS

公平鎖和非公平鎖

公平鎖是指多個(gè)線程按申請(qǐng)鎖的順序來獲取鎖，線程直接進(jìn)入隊(duì)列中排隊(duì)，隊(duì)列中的第一個(gè)線程才能獲得鎖。

公平鎖的優(yōu)點(diǎn)是等待鎖的線程不會(huì)餓死。缺點(diǎn)是整體吞吐效率相對(duì)非公平鎖要低，等待隊(duì)列中除第一個(gè)線程以外的所有線程都會(huì)阻塞，CPU喚醒阻塞線程的開銷比非公平鎖大。

非公平鎖是多個(gè)線程加鎖時(shí)直接嘗試獲取鎖，獲取不到才會(huì)到等待隊(duì)列的隊(duì)尾等待。但如果此時(shí)鎖剛好可用，那么這個(gè)線程可以無需阻塞直接獲取到鎖，所以非公平鎖有可能出現(xiàn)后申請(qǐng)鎖的線程先獲取鎖的場景。非公平鎖的優(yōu)點(diǎn)是可以減少喚起線程的開銷，整體的吞吐效率高，因?yàn)榫€程有幾率不阻塞直接獲得鎖，CPU不必喚醒所有線程。缺點(diǎn)是處于等待隊(duì)列中的線程可能會(huì)餓死，或者等很久才會(huì)獲得鎖。

ReentrantLock支持公平鎖和非公平鎖兩種，默認(rèn)是非公平鎖。

公平和非公平鎖內(nèi)部都依賴AQS來實(shí)現(xiàn)。

AQS

AQS全程AbstractQueuedSynchronizer，即抽象同步隊(duì)列。內(nèi)部主要包含以下重要組件：

1. CLH 等待隊(duì)列，雙向鏈表，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含了Thread，nextWaiter和waitState，前驅(qū)節(jié)點(diǎn)和后驅(qū)節(jié)點(diǎn)

2. state 同步狀態(tài)，初始值為0.

3. 條件變量

公平和非公平的實(shí)現(xiàn)是放在AQS的兩個(gè)子類中實(shí)現(xiàn)的。

• 公平鎖就是通過同步隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序來獲取鎖，從而實(shí)現(xiàn)公平的特性。公平鎖在嘗試加鎖的時(shí)候，會(huì)檢測當(dāng)前線程是否是CLH等待隊(duì)列中的第一個(gè)。

• 非公平鎖加鎖時(shí)不考慮排隊(duì)等待問題，直接嘗試獲取鎖，所以存在后申請(qǐng)卻先獲得鎖的情況。

可重入鎖和非可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖，是指在同一個(gè)線程在外層方法獲取鎖的時(shí)候，再進(jìn)入該線程的內(nèi)層方法會(huì)自動(dòng)獲取鎖（前提鎖對(duì)象得是同一個(gè)對(duì)象或者class），不會(huì)因?yàn)橹耙呀?jīng)獲取過還沒釋放而阻塞。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖，可重入鎖的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可一定程度避免死鎖。

而非可重入鎖則限定一個(gè)線程內(nèi)的同一個(gè)鎖，只能被一個(gè)資源獲取。

AQS邏輯

當(dāng)線程嘗試獲取鎖時(shí)，可重入鎖先嘗試獲取并更新status值，如果status == 0表示沒有其他線程在執(zhí)行同步代碼，則把status置為1，當(dāng)前線程開始執(zhí)行。如果status != 0，則判斷當(dāng)前線程是否是獲取到這個(gè)鎖的線程，如果是的話執(zhí)行status+1，且當(dāng)前線程可以再次獲取鎖。而非可重入鎖是直接去獲取并嘗試更新當(dāng)前status的值，如果status != 0的話會(huì)導(dǎo)致其獲取鎖失敗，當(dāng)前線程阻塞。

排他鎖和共享鎖

共享鎖和排他鎖也稱讀寫鎖，分為讀鎖和寫鎖。

• 讀鎖為共享鎖，指該鎖可以被多個(gè)線程所持有，如果線程T對(duì)數(shù)據(jù)A加上共享鎖后，則其他線程只能對(duì)A再加共享鎖，不能加排它鎖。獲得共享鎖的線程只能讀數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)。

• 寫鎖為排他鎖，指該鎖一次只能被一個(gè)線程所持有。如果線程T對(duì)數(shù)據(jù)A加上排它鎖后，則其他線程不能再對(duì)A加任何類型的鎖。獲得排它鎖的線程即能讀數(shù)據(jù)又能修改數(shù)據(jù)。

也是通過AQS來實(shí)現(xiàn)的，通過實(shí)現(xiàn)不同的方法，來實(shí)現(xiàn)獨(dú)享或者共享。

AQS實(shí)現(xiàn)

在jdk中讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)類為ReentrantReadWriteLock，它內(nèi)部有兩個(gè)鎖：ReadLock和WriteLock。讀鎖和寫鎖的鎖主體都是Sync，但讀鎖和寫鎖的加鎖方式不一樣。讀鎖是共享鎖，寫鎖是獨(dú)享鎖。讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀非常高效，而讀寫、寫讀、寫寫的過程互斥，因?yàn)樽x鎖和寫鎖是分離的。所以ReentrantReadWriteLock的并發(fā)性相比一般的互斥鎖有了很大提升。

在ReentrantReadWriteLock中，將state字段拆成了兩部分：高16位和低16位。高16位表示讀狀態(tài)，低16位表示寫狀態(tài)。

如果存在讀鎖，則寫鎖不能被獲取，原因在于：必須確保寫鎖的操作對(duì)讀鎖可見，如果允許讀鎖在已被獲取的情況下對(duì)寫鎖的獲取，那么正在運(yùn)行的其他讀線程就無法感知到當(dāng)前寫線程的操作。

因此，只有等待其他讀線程都釋放了讀鎖，寫鎖才能被當(dāng)前線程獲取，而寫鎖一旦被獲取，則其他讀寫線程的后續(xù)訪問均被阻塞。寫鎖的釋放與ReentrantLock的釋放過程基本類似，每次釋放均減少寫狀態(tài)，當(dāng)寫狀態(tài)為0時(shí)表示寫鎖已被釋放，然后等待的讀寫線程才能夠繼續(xù)訪問讀寫鎖，同時(shí)前次寫線程的修改對(duì)后續(xù)的讀寫線程可見。

到此，相信大家對(duì)“Java 中的鎖是什么意思”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！