java 併發多線程 鎖的分類概念介紹 多線程下篇（二）

接下來對鎖的概念再次進行深刻的介紹

以前反覆的提到鎖，一般的理解就是，鎖---互斥---同步---阻塞

其實這是經常使用的獨佔鎖（排它鎖）的概念，也是一種簡單粗暴的解決方案

抗戰電影中，常常出現爲了阻止日本人炸橋？炸路？的場景，這只是阻止日本人的一種手段，若是大喊一聲TMD滾蛋，日本人就走了，還炸橋幹嗎？

用鎖是爲了線程安全，而不是爲了上鎖，上鎖是一種途徑，獨佔鎖則是「上鎖」的其中一種形式

若是有更優雅的上鎖方式，天然沒必要要每次都簡單粗暴的使用獨佔鎖，不是嘛

 

從幾個維度能夠大體分爲下面幾種

分類是以鎖爲核心，而延展出來的優雅的使用方式

樂觀鎖與悲觀鎖

• 樂觀就像小米的宣傳語-永遠相信，美好的事情即將發生；
• 而悲觀就像透過有色眼睛看世界，永遠都帶有顏色；

對應到程序中

使用鎖是爲了什麼？由於線程之間會共享數據，共享數據就必定會出現問題嗎？固然是機率的

• 兩我的去同一個水井打水，若是每次都錯開，那麼美好一直存在
• 若是每天趕到同一個時間點，我相信遲早必有一戰.....

因此如何看待在多線程共享數據中，出現的機率性競爭問題？

• 樂觀的眼光就是堅信絕大多數時候是沒問題的，只須要最後發生修改或者操做時進行校驗，好比校驗是否被修改過，而後再去進一步處理
• 悲觀的眼光就是堅信確定會有問題，因此我就一直加鎖，只要一直鎖住反正確定不會出現問題

因此你看，樂觀鎖其實能夠並無鎖，是在邏輯上實現了鎖的業務

假設這樣一種比較極端的場景

A，B兩個線程，共享數據c

A線程每分鐘都會對c進行操做（一天24*60次），B天天都會對c進行一次操做

試想一下樂觀鎖和悲觀鎖之間的性能差別？

在這個場景中能夠認爲即便沒有任何防範措施，天天正確的機率也會大於99.9%（不考慮一次錯誤後致使的後續連鎖錯誤），若是選用悲觀鎖，將會有多少無謂的損耗？

synchronized就是悲觀鎖，他會爲你保障百分百的加鎖與同步

公平鎖與非公平鎖

公平與非公平的字面意思你們都很清晰，沒有人理解起來有難度

好比語文老師對你和同桌的態度一視同仁、好比領導對你和同事的年終獎你以爲不公平....

可是，對於鎖來講，這個公平與不公平針對的是什麼？

以前在監視器概念中提到的，線程若是在某個監視器的等待集合中，那麼若是當前線程執行結束後，誰應該被選做下一個進入監視器的線程呢？

這就是鎖的公平性針對的點

• 對於鎖的請求，每一個線程老是有一個先來後到的前後順序，若是按照前後順序，那麼就是公平鎖
• 若是不按照前後順序，隨機的或者按照什麼算法優先級等選擇，那麼就是非公平鎖

除非有額外的公平性要求，不然不該該使用公平鎖，由於對性能是有損耗的

獨佔鎖和共享鎖

• 若是一個鎖僅僅只能被一個進程擁有，那麼他就是獨佔的；
• 若是一個鎖能夠同時被多個線程擁有，那麼他就是共享的；

獨佔鎖會保障任什麼時候候都只是有一個線程進行訪問，ReentrantLock就是獨佔鎖，synchronized的原理也是獨佔鎖

而讀寫鎖ReadWriteLock就是共享鎖，能夠同時容許多個讀線程進行操做

可重入鎖

重入，就好像是你結帳後餐館老闆對你說的下次再來！

當一個線程想要獲取一個被其餘線程獨佔的鎖時，你須要等待，可是若是是本身已經得到的鎖呢？

答案是你能夠屢次獲取，這就是可重入

好比一個類中有兩個同步的實例方法，而鎖對象都是當前對象this

若是不可重入會發生什麼？

調用了A方法以後，想要調用方法B可是鎖卻被本身佔有了，若是不可重入，就成了本身等本身，豈不是傻子？

可重入鎖在內部維護了一個計數器，用於記錄重入次數

本身得到一次，那麼計數器+1，釋放一次計數器-1，若是計數器爲0，說明該線程釋放了該鎖，不然，鎖仍舊被該線程持有

自旋鎖

在以前線程簡介中有提到，Java線程是內核級映射的線程（1.2吧？以後）

若是一個線程請求獲取一個鎖時，並不能獲取到，那麼將會進入阻塞狀態，也就是會被切換到內核態而後掛起

當該線程獲取到鎖時，又須要切換到內核狀態進行喚醒，說白了須要用戶狀態與內核狀態的切換

並且，這個狀態的切換，仍是比較消耗性能的

怎麼辦？

有一種解決辦法就是線程繼續運行，過一下子再次嘗試鎖的獲取

怎麼作到的？

其實就是至關於CPU空跑，而不是直接將線程進行掛起

因此說至關於犧牲了CPU的時間片，換取內核狀態的開銷，這就涉及到一個平衡點的問題

若是線程之間競爭不激烈，可能下次的嘗試獲取就成功了

可是若是線程之間競爭很是激烈，下次仍是搶不到，下下次仍是搶不到......會發生什麼狀況？

那就是浪費了太多的CPU時間片，並且，你也不能永遠的像「死循環」同樣嘗試呀，因此通常會有一個時長或者次數，總之有個上限

如今對自旋鎖應該有了必定的瞭解了，自旋就是本身在那邊不停地打轉，不給糖吃就打滾的哭

書面點的說法：

當前線程獲取鎖時，若是發現鎖已經被其餘線程佔有，並不會立刻阻塞本身，在不放棄CPU的狀況下，屢次嘗試

剛纔也說明了，對於線程是否競爭激烈，自旋鎖有着不一樣的反應，也說不定會致使CPU白白浪費了時間片，因此要根據業務來

適應性自旋

剛纔說到，對於自旋不能無止境的，那就是相似「死循環」，因此都有限制，一般用次數，好比規定次數爲5

可是實際狀況中，可能有時常常1次就可以成功，也可能常常5次了尚未成功，若是1次就成功的還好，若是說限制爲5次，每次都5次後仍是失敗，這就是純粹的白忙活

因此後來出現了自適應的自旋鎖，自旋的次數（限制）再也不是固定的了

• 若是對於某個鎖，自旋不多成功得到過，那在之後嘗試獲取這個鎖時將可能省略掉自旋過程，直接阻塞線程，避免浪費處理器資源
• 若是對於某個鎖，自旋等待剛剛成功得到過鎖，那麼將會認爲此次也極可能是成功的，因此將會容許自旋，甚至容許更屢次數（時間）的自旋等待

對於適應性自旋，大體邏輯是這樣，具體細節由具體算法決定

再次強調

對於自旋，表面上看是減小了阻塞的發生，進而能夠減小狀態切換的性能損耗，可是這是以浪費CPU爲代價的

因此並不能認爲自旋鎖是治療百病的良藥

實際使用中，不能只看到帶來的好處，也須要關注付出的代價，而對於適應性自旋，只是對於自旋的「死板」的一種調優而已

小結

以上分類只是就某一個維度對鎖的概念以及應用的分析

他們概念上不是徹底隔離的，不是說就存在那麼幾種鎖，A，B，C....A就是A，B就是B

好比人類都是人，可是分爲男人、女人，還能夠分爲好人、壞人等，好人有男女，壞人也有男女

好比獨佔鎖屬於悲觀鎖，獨佔就是要保障同一時間只有一個線程操做，其餘線程必須等待

共享鎖就屬於樂觀鎖，由於他放寬了加鎖的條件

理解鎖的分類有助於後續關於其餘高級工具、類的理解與學習

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