【Java 多线程并发】锁

Metadata

title: 【Java 多线程并发】 锁
date: 2023-07-03 15:36
tags:
  - 行动阶段/完成
  - 主题场景/程序
  - 笔记空间/KnowladgeSpace/ProgramSpace/BasicsSpace
  - 细化主题/Java/多线程并发
categories:
  - Java
keywords:
  - Java/多线程并发
description: 【Java 多线程并发】 锁

概述

相关结论

对于普通同步方法，锁的是当前实例对象，通常指this，所有的同步方法用的都是同一把锁—>实例对象本身
对于静态同步方法，锁的是当前类的Class对象
对于同步方法块，锁的是synchronized括号内的对象

悲观锁

认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据，因此在获取数据的时候会先加锁，确保数据不会被别的线程修改

乐观锁

认为自己在使用数据的时候不会有别的线程修改数据或资源，不会添加锁，Java中使用无锁编程来实现，只是在更新的时候去判断，之前有没有别的线程更新了这个数据，如果这个数据没有被更新，当前线程将自己修改的数据成功写入，如果已经被其他线程更新，则根据不同的实现方式执行不同的操作

公平锁

多个线程按照申请锁的顺序来获取锁

非公平锁

多个线程获取锁的顺序并不是按照申请的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁
有可能造成优先级反转或者饥饿的状态

可重入锁（递归锁）

在同一线程在外层方法获取到锁的时侯，在进入该线程的内层方法会自动获取锁

写锁（独占锁）

该锁一次只能被一个线程所持有。

读锁（共享锁）

该锁可被多个线程所持有。

分段锁

内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock

自旋锁

指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁

可中断锁

阻塞等待中断

锁的相关结论

对于普通同步方法，锁的是当前实例对象，通常指this，所有的同步方法用的都是同一把锁—>实例对象本身
对于静态同步方法，锁的是当前类的Class对象
对于同步方法块，锁的是synchronized括号内的对象

类锁和对象锁的区别

对象锁是当前对象实例的锁，只有是同一个对象才会涉及是否做同步
类锁故名思议就是这个class的锁，只要是同类，即使不同的对象也必须同步

当synchronized(Person.class)时会发现，即使是不同的两个person对象也会按照顺序来同步执行。它会保证只要是Person类的实例对象，那么在同一时间只有一个线程对其访问，其他线程只能等待该线程操作完将锁释放后才能进行操作。即相同类的不同的实例共用一个锁，当一个线程执行完后才能执行另一个线程。这里线程0是操作的p1对象，线程1操作的是p2对象，p1和p2都是Person类的两个不同对象，但是因为这里synchronized获取的是类锁，也就是说只要是这个Person类的对象，同一时间就只能有一个线程对其进行操作，所以虽然两个线程操作的是不同的Person对象，但是还是会对两个线程进行同步操作。

当synchronized(o1)的时候会发现只有同一个person对象才会同步，不同的person对象不会发生同步的行为。它只会保证同一个Person类的实例对象在同一时间只能有一个线程对其进行访问，但是如果是Person类的不同对象，是不会进行同步操作的。即不同对象对应不同的锁。这里线程0是操作的p1对象，线程1操作的是p2对象，p1和p2都是Person类的两个不同对象，synchronized获取的是对象锁，也就是说只有相同的Person类对象才会进行同步操作，不同的对象各自是独立的，不会进行同步操作，所以两个线程可以同时对各自的p1,p2对象进行操作，互不冲突。

乐观锁和悲观锁

悲观锁

认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据，因此在获取数据的时候会先加锁，确保数据不会被别的线程修改，synchronized和Lock的实现类都是悲观锁，适合写操作多的场景，先加锁可以保证写操作时数据正确，显示的锁定之后再操作同步资源—–狼性锁

乐观锁

认为自己在使用数据的时候不会有别的线程修改数据或资源，不会添加锁，Java中使用无锁编程来实现，只是在更新的时候去判断，之前有没有别的线程更新了这个数据，如果这个数据没有被更新，当前线程将自己修改的数据成功写入，如果已经被其他线程更新，则根据不同的实现方式执行不同的操作，比如：放弃修改、重试抢锁等等。判断规则有：版本号机制Version，最常采用的是CAS算法，Java原子类中的递增操作就通过CAS自旋实现的。—–适合读操作多的场景，不加锁的特性能够使其读操作的性能大幅提升，乐观锁则直接去操作同步资源，是一种无锁算法，得之我幸不得我命—佛系锁

公平锁和非公平锁

公平锁

是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，这里类似于排队买票，先来的人先买，后来的人再队尾排着，这是公平的—– Lock lock = new ReentrantLock(true)—表示公平锁，先来先得。

非公平锁

是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁，在高并发环境下，有可能造成优先级反转或者饥饿的状态（某个线程一直得不到锁）—- Lock lock = new ReentrantLock(false)—表示非公平锁，后来的也可能先获得锁，默认为非公平锁。

可重入锁（递归锁）

概念说明

是指在同一线程在外层方法获取到锁的时侯，在进入该线程的内层方法会自动获取锁（前提，锁对象的是同一个对象），不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞———优点之一就是可一定程度避免死锁。

可重入锁种类

隐式锁（即synchronized关键字使用的锁），默认是可重入锁
- 在一个synchronized修饰的方法或者代码块的内部调用本类的其他synchronized修饰的方法或者代码块时，是永远可以得到锁。
显式锁（即Lock）也有ReentrantLock这样的可重入锁

写锁（独占锁）/读锁（共享锁）

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。

互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock
Synchronized也是互斥锁

分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。

我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。

当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在哪一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。

但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。

分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

自旋锁/可中断锁

自旋锁

在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁（即当循环的条件被其他线程改变时才能进入临界区），这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

可中断锁

synchronized 是不可中断的，Lock 是可中断的，这里的可中断建立在阻塞等待中断，运行中是无法中断的。

无锁->偏向锁->轻量锁->重量锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。锁是在资源中的，是要访问资源（如对象实例，Class类实例，属性变量，代码块等）的一部分，线程是要取得资源中的锁。

偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

死锁及排查

概念

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，因抢夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉，则它们无法再继续推进下去。
产生原因：

系统资源不足
进程运行推进顺序不合适
系统资源分配不当

如何排查死锁

纯命令
- jps -l
- jstack 进程编号
图形化
- jconsole