【Java线程安全】锁

Java都有哪些锁?

  synchronized 和 reentranlock是最常见的,其中前者又JVM提供实现,后者有专门对应的java.util.concurrent包提供;同时后者功能更加丰富、灵活

悲观锁和乐观锁

  悲观锁认为,每一次走进同步代码都可能发生线程安全问题,因此只要触及代码块都会加锁,而乐观锁则认为大部分情况都不会出现线程安全问题,所以只要出现问题的时候再自旋CAS

可重入锁和不可重入锁

  不可重入锁,就是某线程获取该锁但未释放的时候,如果再次获取该锁,则只能等待;而可重入锁不需要等待,只需要为锁数量加1;其中注意,synchronized和reentrantlock都是可重入锁

Synchronized

  对象头信息:存储对象年龄,Class实例地址等

  监视器信息:EntrySet和WaitSet,前者是Block状态的线程队列,后者是Wait状态的线程队列

  JVM实现的锁,实现原理是利用操作系统的内核态的Mutex互斥量实现的,因为涉及内核态的调用所以一般认为是重量级锁,但后面已经被官方优化过,所以很难说synchronized就效率很低,优化的主要思想还是乐观锁,优化方案有:适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、轻量级锁、偏向锁

  【自旋锁】自旋锁(Spin Lock),在一个线程进入synchronized代码块,获取锁的时候不直接进入ContetionList(之前已经有线程)等候,而是先自旋等待一下,期待Owner线程马上释放锁;这样虽然对ContetionList里面的线程不太公平但是总体效率能提高;因为线程进入ContetionList阻塞,需要进入内核调度状态,非常耗时;

  【轻量级锁】如果大部分情况都是一个线程在使用资源,那么轻量级锁就很有用,轻量级锁就是为了在无多线程竞争的环境中使用CAS来代替mutex,一旦发生竞争,两条以上线程争用一个锁就会膨胀,在CAS成功的线程获取锁,而失败的线程则自旋状态,如果自旋成功那么还是偏向锁状态,否则升级为重量级锁。

  【偏向锁】(Biased Lock),偏向锁是在第一个获取后,后面的所有重入都不做同步操作,比轻量级锁还轻,因为它取消了同步原语的操作,也就是轻量级锁的CAS操作也不做了,如果发生竞争的时候,会又其他线程来阻塞偏向线程,然后升级为轻量级锁。

  【锁粗化】分析代码,然后合并所有锁的获取和进入微一个锁的获取和进入

  【锁消除】根据逃逸技术分析代码,如果线程安全,就取消锁。

  要知道,sync是基于对象头的监视器的,所以结合对象头的知识,自旋锁,偏向锁工作如下:

每一个线程在准备获取共享资源时: 
第一步,检查MarkWord里面是不是放的自己的ThreadId ,如果是,表示当前线程是处于 “偏向锁” 
第二步,如果MarkWord不是自己的ThreadId,锁升级,这时候,用CAS来执行切换,新的线程根据MarkWord里面现有的ThreadId,通知之前线程暂停,
之前线程将Markword的内容置为空。 
第三步,两个线程都把对象的HashCode复制到自己新建的用于存储锁的记录空间,接着开始通过CAS操作,
把共享对象的MarKword的内容修改为自己新建的记录空间的地址的方式竞争MarkWord, 
第四步,第三步中成功执行CAS的获得资源,失败的则进入自旋 
第五步,自旋的线程在自旋过程中,成功获得资源(即之前获的资源的线程执行完成并释放了共享资源),则整个状态依然处于 轻量级锁的状态,如果自旋失败 
第六步,进入重量级锁的状态,这个时候,自旋的线程进行阻塞,等待之前线程执行完成并唤醒自己

  性能差:为什么synchronize性能差呢,因为该锁利用操作系统的互斥实现,所以会切换内核态和用户态,这过程的开销极大;而线程的阻塞消耗一般,所以Reentrantlock一直在用户态消耗不大。

Renentrantlock

  J.U.C提供的锁,实现方式是利用volatile和cas自旋的方式实现,主要核心组件是AQS,该知识点请参见我的另一篇参见AQS的文章

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