Java 同步鎖

1、synchronized

1.類型

（1）對象鎖

對象鎖是做用在實例方法或者一個對象實例上面的

一個類能夠有多個實例對象，所以一個類的對象鎖可能會有多個

例子:

Account account = new Account();
synchronized(account){
    ....
}

（2）類鎖

而類鎖是做用在靜態方法或者Class對象上面的

每一個類只有一個Class對象，因此類鎖只有一個

類鎖只是一個概念上的東西，並非真實存在的，它只是用來幫助咱們理解鎖定的是實例方法仍是靜態方法區別的

例子:

synchronized(Account.class){
    ....
}

2.synchronizedd的使用：

（1）鎖對象的引用，以及這個鎖保護的代碼塊。

例子:

private Object obj = new Objcet();
publci void test（）{
    synchronized(obj){
    ....
    }
}

（2）若是做用在實例方法上面，鎖就是該方法所在的當前對象，靜態synchronized方法會從Class對象上得到鎖。

例子:

public synchronized void test（）{
    ....
}

（3）到底是synchronized方法好仍是synchronized代碼塊好呢？

有一個原則就是鎖的範圍越小越好，加鎖的目的就是將鎖進去的代碼做爲原子性操做,由於非原子操做都不是線程安全的，所以synchronized代碼塊應該是在開發過程當中優先考慮使用的加鎖方式。

3.synchronizedd特性

（1）synchronizedd是一種悲觀鎖，也稱爲獨佔鎖，會致使其它全部須要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。

（2）synchronized不具備繼承性。

若是父類 、子類中存在一樣的方法。父類方法是同步的，子類是不一樣步的。那麼子類的方法就不會沒法繼承父類的方法性質。必須本身加上synchronized關鍵字！

例子:

class A{
    public synchronized void test(){
        System.out.println("父類");
    }
}
class B extends A{
    public void test(){
        System.out.println("子類沒法繼承父類的鎖");
    }
}

（3）重入性

關鍵字synchronized具備鎖重入功能，當一個線程已經持有一個對象鎖後，再次請求該對象鎖時是能夠獲得該對象的鎖的，這種方式是必須的，不然在一個synchronized方法內部就沒有辦法調用該對象的另一個synchronized方法了。鎖重入是經過爲每一個所關聯一個計數器和一個佔有它的線程，當計數器爲0時，認爲鎖是未被佔有的。線程請求一個未被佔有的鎖時，JVM會記錄鎖的佔有者，並將計數器設置爲1。若是同一個線程再次請求該鎖，計數器會遞增，每次佔有的線程退出同步代碼塊時計數器會遞減，直至減爲0時鎖纔會被釋放。

4.實現原理

（1）Java對象頭

synchronized用的鎖是存在Java對象頭裏的，那麼什麼是Java對象頭呢？Hotspot虛擬機的對象頭主要包括兩部分數據：Mark Word（標記字段）、Klass Pointer（類型指針）。

Mark Word（標記字段)

Mark Word用於存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標誌、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等等。

Klass Pointer（類型指針）

Klass Pointer是對象指向它的類元數據的指針，虛擬機經過這個指針來肯定這個對象是哪一個類的實例，

（2）Monitor Record

Monitor Record 是線程私有的數據結構，每個線程都有一個可用monitor record(監視記錄)列表，同時還有一個全局的可用列表。每個被鎖住的對象都和一個monitor關聯（對象頭的MarkWord中的LockWord指向monitor的起始地址），同時monitor中有一個Owner字段存放擁有該鎖的線程的惟一標識。

Monitor Record 其結構以下：

Owner: 初始時爲NULL表示當前沒有任何線程擁有該monitor record，當線程成功擁有該鎖後保存線程惟一標識，當鎖被釋放時又設置爲NULL；

EntryQ:關聯一個系統互斥鎖（semaphore），阻塞全部試圖鎖住monitor record失敗的線程。

RcThis:表示blocked或waiting在該monitor record上的全部線程的個數

Nest:用來實現重入鎖的計數。

HashCode:保存從對象頭拷貝過來的HashCode值（可能還包含GC age）

Candidate:用來避免沒必要要的阻塞或等待線程喚醒，由於每一次只有一個線程可以成功擁有鎖，若是每次前一個釋放鎖的線程喚醒全部正在阻塞或等待的線程，會引發沒必要要的上下文切換（從阻塞到就緒而後由於競爭鎖失敗又被阻塞）從而致使性能嚴重降低。Candidate只有兩種可能的值0表示沒有須要喚醒的線程1表示要喚醒一個繼任線程來競爭鎖。

同步代碼塊

monitorenter指令插入到同步代碼塊的開始位置，monitorexit指令插入到同步代碼塊的結束位置，JVM須要保證每個monitorenter都有一個monitorexit與之相對應。任何對象都有一個monitor與之相關聯，當且一個monitor被持有以後，他將處於鎖定狀態。線程執行到monitorenter指令時，將會嘗試獲取對象所對應的monitor全部權，即嘗試獲取對象的鎖。

同步方法：

synchronized方法則會被翻譯成普通的方法調用和返回指令如:invokevirtual、areturn指令，在VM字節碼層面並無任何特別的指令來實現被synchronized修飾的方法，而是在Class文件的方法表中將該方法的access_flags字段中的synchronized標誌位置1，表示該方法是同步方法並使用調用該方法的對象或該方法所屬的Class在JVM的內部對象表示Klass作爲鎖對象。

2、ReentrantLock

1.輪詢鎖的和定時鎖

可輪詢和可定時的鎖請求是經過tryLock()方法實現的,和無條件獲取鎖不同. ReentrantLock能夠有靈活的容錯機制.死鎖的不少狀況是因爲順序鎖引發的, 不一樣線程在試圖得到鎖的時候阻塞,而且不釋放本身已經持有的鎖, 最後形成死鎖. tryLock()方法在試圖得到鎖的時候,若是該鎖已經被其它線程持有,則按照設置方式馬上返回,而不是一直阻塞等下去,同時在返回後釋放本身持有的鎖.能夠根據返回的結果進行重試或者取消,進而避免死鎖的發生。

2.公平性

ReentrantLock構造函數中提供公平性鎖和非公平鎖（默認）兩種選擇。所謂公平鎖，線程將按照他們發出請求的順序來獲取鎖，不容許插隊；但在非公平鎖上，則容許插隊：當一個線程發生獲取鎖的請求的時刻，若是這個鎖是可用的，那這個線程將跳過所在隊列裏等待線程並得到鎖。咱們通常但願全部鎖是非公平的。由於當執行加鎖操做時，公平性將講因爲線程掛起和恢復線程時開銷而極大的下降性能。考慮這麼一種狀況：A線程持有鎖，B線程請求這個鎖，所以B線程被掛起；A線程釋放這個鎖時，B線程將被喚醒，所以再次嘗試獲取鎖；與此同時，C線程也請求獲取這個鎖，那麼C線程極可能在B線程被徹底喚醒以前得到、使用以及釋放這個鎖。這是種共贏的局面，B獲取鎖的時刻（B被喚醒後才能獲取鎖）並無推遲，C更早地獲取了鎖，而且吞吐量也得到了提升。在大多數狀況下，非公平鎖的性能要高於公平鎖的性能。

3.可中斷獲鎖獲取操做

lockInterruptibly方法可以在獲取鎖的同時保持對中斷的響應，所以無需建立其它類型的不可中斷阻塞操做。

4.Condition

Lock提供的線程之間交互類:

await:阻塞線程

signal:釋放阻塞的線程

signalAll:釋放全部阻塞的線程

5.ReadWriteLock

（1）ReentrantLock是一種標準的互斥鎖，每次最多隻有一個線程能持有鎖。讀寫鎖不同，暴露了兩個Lock對象，其中一個用於讀操做，而另一個用於寫操做。

（2）ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口，構造器提供了公平鎖和非公平鎖兩種建立方式。讀寫鎖適用於讀多寫少的狀況，能夠實現更好的併發性，性能高於重入鎖。

ReadLock:讀鎖

WriteLock:寫鎖

6.ReentrantLock特性

（1）ReentrantLock是可重入的鎖,它不一樣於內置鎖, 它在每次使用都須要顯示的加鎖和解鎖, 並且提供了更高級的特性:公平鎖, 定時鎖, 有條件鎖, 可輪詢鎖, 可中斷鎖. 能夠有效避免死鎖的活躍性問題.ReentrantLock實現了。

（2）ReentrantLock是一種樂觀鎖。

7.實現原理

（1）ReentrantLock的方法都依賴於AbstractQueuedSynchronizer的實現 (AQS)

（2）ReentrantLock的鎖資源以state狀態描述，利用CAS則實現對鎖資源的搶佔，並經過一個CLH隊列阻塞全部競爭線程，在後續則逐個喚醒等待中的競爭線程。ReentrantLock繼承AQS徹底從代碼層面實現了java的同步機制，相對於synchronized，更容易實現對各種鎖的擴展。同時，AbstractQueuedSynchronizer中的Condition配合ReentrantLock使用，實現了wait/notify的功能

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