Java中的锁

通俗易懂 悲观锁、乐观锁、可重入锁、自旋锁、偏向锁、轻量/重量级锁、读写锁、各种锁及其Java实现！ - 知乎 (zhihu.com)

锁分类

• 悲观锁，乐观锁
• 可重入锁
• 可中断锁
• 公平锁，非公平锁
• 读锁(共享锁)，写锁(排他锁/互斥锁)
• 自旋锁

一、悲观锁与乐观锁

• 悲观锁：认为数据随时都可能更改，操作之前先加锁，别的人都不能获取此数据。

• 乐观锁：认为数据一般不会被更改，操作的时候会检查数据是否更新，发现数据变了，重新读取重新进行操作。

悲观锁阻塞事务，乐观锁回滚重试

二、乐观锁基础——CAS

CAS，就是比较并替换，Compare And Swap 。

每一个CAS操作过程都包含3个运算参数：一个内存地址V（当前值），一个期望的值A（旧值）和一个新值B。

CAS的基本思路就是，如果内存地址V上的值和期望的值A相等，则给其赋予新值B，否则不做任何事儿。

CAS就是在一个循环里不断的做CAS操作，直到成功为止。

比如一个基于CAS实现更新的例子（伪代码）：

do{
    oldValue = V.get(); //读取共享变量V的旧值
    newValue = calculate(oldValue); // 计算变量V的新值
} while(!compareAndSwap(V, oldValue, new Value));
// 在while条件中调用更新，更新成功则true失败则重试

CAS是一个CPU原子指令。

因为整个过程中并没有“加锁”和“解锁”操作，因此乐观锁策略也被称为无锁编程。换句话说，乐观锁其实不是“锁”，它仅仅是一个循环重试CAS的算法而已！

三、自旋锁

有一种锁叫自旋锁。所谓自旋，说白了就是一个 while(true) 无限循环。

刚刚的乐观锁就有类似的无限循环操作，那么它是自旋锁吗？

不是。尽管自旋与 while(true) 的操作是一样的，但还是应该将这两个术语分开。“自旋”这两个字，特指自旋锁的自旋。

四、synchronized锁升级：偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁

锁升级总结

自己整理了一个流程图：

synchronized锁只会升级，不会降级。

• 无锁（即CAS操作）
• 偏向锁（偏向于一个进程，发生竞争则升级）
• 轻量级锁（自旋锁，自旋次数达到阈值默认10则升级）
• 重量级锁

前面提到，synchronized关键字就像是汽车的自动档，现在详细讲这个过程。一脚油门踩下去，synchronized会从无锁升级为偏向锁，再升级为轻量级锁，最后升级为重量级锁，就像自动换挡一样。

无锁

无锁的特点就是修改操作在循环内进行，线程会不断的尝试修改共享资源。如果没有冲突就修改成功并退出，否则就会继续循环尝试。也就是CAS（CAS是基于无锁机制实现的）。

偏向锁

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。

偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程不会主动释放偏向锁。

轻量级锁

但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁升级为重量级锁。

重量级锁

如果发生竞争，其他竞争线程会阻塞挂起，而不是忙等，直到被唤醒。

其他关于synchronized

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五、可重入锁（递归锁）

当前线程持有锁，当前线程再次获取锁，可以得到，那就是可重入锁。

Java里只要以Reentrant开头命名的锁都是可重入锁，而且JDK提供的所有现成的Lock实现类，包括synchronized关键字锁都是可重入的。

StampedLock是不可重入锁。

六、公平锁、非公平锁

如果多个线程申请一把公平锁，那么当锁释放的时候，先申请的先得到，非常公平。

显然如果是非公平锁，后申请的线程可能先获取到锁，是随机或者按照其他优先级排序的。

ReentrantLock可以传入参数指定是否公平锁。

synchronized是非公平锁。

七、可中断锁

这里的关键是理解什么是中断。Java并没有提供任何直接中断某线程的方法，只提供了中断机制。何谓“中断机制”？线程A向线程B发出“请你停止运行”的请求（线程B也可以自己给自己发送此请求），但线程B并不会立刻停止运行，而是自行选择合适的时机以自己的方式响应中断，也可以直接忽略此中断。也就是说，Java的中断不能直接终止线程，而是需要被中断的线程自己决定怎么处理。这好比是父母叮嘱在外的子女要注意身体，但子女是否注意身体，怎么注意身体则完全取决于自己。

回到锁的话题上来，如果线程A持有锁，线程B等待获取该锁。由于线程A持有锁的时间过长，线程B不想继续等待了，我们可以让线程B中断自己或者在别的线程里中断它，这种就是可中断锁。

/* Lock接口 */
public interface Lock {

    void lock(); // 拿不到锁就一直等，拿到马上返回。

    void lockInterruptibly() throws InterruptedException; // 拿不到锁就一直等，如果等待时收到中断请求，则需要处理InterruptedException。

    boolean tryLock(); // 无论拿不拿得到锁，都马上返回。拿到返回true，拿不到返回false。

    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; // 同上，可以自定义等待的时间。

    void unlock();

    Condition newCondition();
}

八、读写锁、共享锁、互斥锁

• 读锁，共享锁。
• 写锁，排他锁，互斥锁。

读锁，写锁，都是悲观锁。

JDK提供的唯一一个 ReadWriteLock 接口实现类是 ReentrantReadWriteLock 。看名字就知道，它不仅提供了读写锁，而是都是可重入锁。 除了两个接口方法以外，ReentrantReadWriteLock还提供了一些便于外界监控其内部工作状态的方法，这里就不一一展开。

九、Java悲观锁乐观锁

我们在Java里使用的各种锁，几乎全都是悲观锁。

synchronized从偏向锁、轻量级锁到重量级锁，全是悲观锁。

JDK提供的Lock实现类全是悲观锁。

其实只要有“锁对象”出现，那么就一定是悲观锁。因为乐观锁不是锁，而是一个在循环里尝试CAS的算法。

那JDK并发包里到底有没有乐观锁呢？

有。java.util.concurrent.atomic包里面的原子类都是利用乐观锁实现的。

问题：CAS与自旋的区别？也就是无锁和轻量级锁/自旋锁的区别？

答：貌似懂了，举个例子，修改变量值：CAS是不断读取变量值，并尝试操作；而自旋锁是不断检查修改值的这段代码锁是否可获取，并不去读具体的值。