详解java中各类锁的机制

前言

总结java常见的锁

区分各个锁机制以及如何使用

1. 乐观锁与悲观锁

悲观锁：不能同时进行多人，执行的时候先上锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁

乐观锁：通过版本号一致与否，即给数据加上版本，同步更新数据以及加上版本号。不会上锁，判断版本号，可以多人操作，类似生活中的抢票。每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。Redis就是利用这种check-and-set机制实现事务的

（乐观锁可以使用版本号机制和CAS算法实现）

通过具体案例演示悲观锁和乐观锁

在redis框架中

执行multi之前，执行命令watch

具体格式如下

watch key1 [key2]

具体代码格式如下

127.0.0.1:6379> flushdb
OK
127.0.0.1:6379> set add 100
OK
127.0.0.1:6379> watch add
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> incrby add 20
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec
1) (integer) 120
127.0.0.1:6379>

flushdb是清空数据库

但如果在另一个服务器上，输入exec，会显示出错

因为用的是乐观锁，被修改了之后版本会发生改变

总的来说:

悲观锁：单独每个人完成事情的时候，执行上锁解锁。解决并发中的问题，不支持并发操作，只能一个一个操作，效率低

乐观锁：每执行一件事情，都会比较数据版本号，谁先提交，谁先提交版本号

2. 公平锁与非公平锁

公平锁：先来先到

非公平锁：不是按照顺序，可插队

• 公平锁：效率相对低

• 非公平锁：效率高，但是线程容易饿死

通过这个函数Lock lock = new ReentrantLock(true);。创建一个可重入锁，true 表示公平锁，false 表示非公平锁。默认非公平锁

通过查看源码

带有参数的ReentrantLock(true)为公平锁

ReentrantLock(false)为非公平锁

主要是调用NonfairSync()与FairSync()

public ReentrantLock() {
       sync = new NonfairSync();
   }

/**
    * 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();
   }

具体其非公平锁与公平锁的源码

查看公平锁的源码

static final class FairSync extends Sync {
  private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

/**
 * Acquires only if reentrant or queue is empty.
  */
 final boolean initialTryLock() {
  Thread current = Thread.currentThread();
  int c = getState();
  if (c == 0) {
  if (!hasQueuedThreads() && compareAndSetState(0, 1)) {
    setExclusiveOwnerThread(current);
     return true;
   }
   } else if (getExclusiveOwnerThread() == current) {
     if (++c < 0) // overflow
         throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(c);
        return true;
      }
   return false;
}

通过代码实例具体操作

//第一步  创建资源类，定义属性和和操作方法
class LTicket {
   //票数量
   private int number = 30;

//创建可重入锁
   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
   //卖票方法
   public void sale() {
       //上锁
       lock.lock();
       try {
           //判断是否有票
           if(number > 0) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ：卖出"+(number--)+" 剩余："+number);
           }
       } finally {
           //解锁
           lock.unlock();
       }
   }
}

public class LSaleTicket {
   //第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
   //创建三个线程
   public static void main(String[] args) {

LTicket ticket = new LTicket();

new Thread(()-> {
   for (int i = 0; i < 40; i++) {
       ticket.sale();
   }
},"AA").start();

new Thread(()-> {
           for (int i = 0; i < 40; i++) {
               ticket.sale();
           }
       },"BB").start();

new Thread(()-> {
           for (int i = 0; i < 40; i++) {
               ticket.sale();
           }
       },"CC").start();
   }
}

结果截图如下

都是A线程执行，而BC线程都没执行到，出现了非公平锁

具体改变其设置可以通过可重入锁中的一个有参构造方法

修改代码为private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

代码截图为

3. 可重入锁

可重入锁也叫递归锁

而且有了可重入锁之后，破解第一把之后就可以一直进入到内层结构

Object o = new Object();
new Thread(()->{
   synchronized(o) {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 外层");

synchronized (o) {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 中层");

synchronized (o) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 内层");
           }
       }
   }

},"t1").start();

synchronized (o)代表锁住当前{ }内的代码块

以上都是synchronized锁机制

下面讲解lock锁机制

public class SyncLockDemo {

public synchronized void add() {
       add();
   }

public static void main(String[] args) {
       //Lock演示可重入锁
       Lock lock = new ReentrantLock();
       //创建线程
       new Thread(()->{
           try {
               //上锁
               lock.lock();
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 外层");

try {
                   //上锁
                   lock.lock();
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 内层");
               }finally {
                   //释放锁
                   lock.unlock();
               }
           }finally {
               //释放做
               lock.unlock();
           }
       },"t1").start();

//创建新线程
       new Thread(()->{
           lock.lock();
           System.out.println("aaaa");
           lock.unlock();
       },"aa").start();
       }
}

在同一把锁中的嵌套锁，内部嵌套锁没解锁还是可以输出，但是如果跳出该线程，执行另外一个线程就会造成死锁

要把握上锁与解锁的概念，都要写上

4. 读写锁（共享锁与独占锁）

读锁是共享锁，写锁是独占锁

• 共享锁的一种具体实现

• 读写锁管理一组锁，一个是只读的锁，一个是写锁。

读写锁：一个资源可以被多个读线程访问，也可以被一个写线程访问，但不能同时存在读写线程，读写互斥，读读共享(写锁独占，读锁共享，写锁优先级高于读锁)

读写锁ReentrantReadWriteLock

读锁为ReentrantReadWriteLock.ReadLock，readLock()方法

写锁为ReentrantReadWriteLock.WriteLock，writeLock()方法

创建读写锁对象private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

写锁 加锁 rwLock.writeLock().lock();，解锁为rwLock.writeLock().unlock();

读锁 加锁rwLock.readLock().lock();，解锁为rwLock.readLock().unlock();

案例分析：

模拟多线程在map中取数据和读数据

完整代码如下

//资源类
class MyCache {
   //创建map集合
   private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();

//创建读写锁对象
   private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

//放数据
   public void put(String key,Object value) {
       //添加写锁
       rwLock.writeLock().lock();

try {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在写操作"+key);
           //暂停一会
           TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
           //放数据
           map.put(key,value);
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 写完了"+key);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           //释放写锁
           rwLock.writeLock().unlock();
       }
   }

//取数据
   public Object get(String key) {
       //添加读锁
       rwLock.readLock().lock();
       Object result = null;
       try {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在读取操作"+key);
           //暂停一会
           TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
           result = map.get(key);
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 取完了"+key);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           //释放读锁
           rwLock.readLock().unlock();
       }
       return result;
   }
}

public class ReadWriteLockDemo {
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       MyCache myCache = new MyCache();
       //创建线程放数据
       for (int i = 1; i <=5; i++) {
           final int num = i;
           new Thread(()->{
               myCache.put(num+"",num+"");
           },String.valueOf(i)).start();
       }

TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);

//创建线程取数据
       for (int i = 1; i <=5; i++) {
           final int num = i;
           new Thread(()->{
               myCache.get(num+"");
           },String.valueOf(i)).start();
       }
   }
}

5. 互斥锁

互斥锁是独占锁的一种常规实现，是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性

pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//创建互斥锁并初始化

pthread_mutex_lock(&mutex);//对线程上锁，此时其他线程阻塞等待该线程释放锁

//要执行的代码段

pthread_mutex_unlock(&mutex);//执行完后释放锁

6. 自旋锁

查看百度百科的解释，具体如下 ：

它是为实现保护共享资源而提出一种锁机制。其实，自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名

通俗的来说就是一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。获取锁的线程一直处于活跃状态，但是并没有执行任何有效的任务。

其特点:

1. 持有锁时间等待过长，消耗CPU

2. 无法满足等待时间最长的线程优先获取锁。不公平的锁就会存在“线程饥饿”问题

3. 自旋锁不会使线程状态发生切换，处于用户态（不会到内核态进行线程的状态转换），一直都是活跃，不会使线程进入阻塞状态，减少了不必要的上下文切换，执行速度快。

其模拟算法如下

do{
b=1;
while(b){
lock(bus);
b = test_and_set(&lock);
unlock(bus);
}
//临界区
//lock = 0;
//其余部分
}while(1)

7. 无锁 / 偏向锁 / 轻量级锁 / 重量级锁

• 无锁：没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功

• 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：锁是偏向锁的时候，被另外的线程所访问，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，从而提高性能

• 重量级锁：线程并发加剧，线程的自旋超过了一定次数，或者一个线程持有锁，一个线程在自旋，还有线程要访问

来源：https://blog.csdn.net/weixin_47872288/article/details/122093366