自旋锁、可重入锁和偏向锁

自旋锁(spinlock):是指当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。
自旋锁的一种经典实现:

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class UnReentrantLock {

   private volatile AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<Thread>();

   public void lock() {
       Thread current = Thread.currentThread();
       //这句是很经典的“自旋”语法,AtomicInteger中也有
       for (;;) {
           if (owner.compareAndSet(null, current)) {
               return;
           }
       }
   }

   public void unlock() {
       Thread current = Thread.currentThread();
       owner.compareAndSet(current, null); // 只试一次
   }
}

自旋锁的优缺点:
优点:自旋锁不会使线程状态发生切换,一直处于用户态,即线程一直都是active的;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。非自旋锁在获取不到锁的时候会进入阻塞状态,从而进入内核态,当获取到锁的时候需要从内核态恢复,需要线程上下文切换。 (线程被阻塞后便进入内核(Linux)调度状态,这个会导致系统在用户态与内核态之间来回切换,严重影响锁的性能)
缺点:如果某个线程持有锁的时间过长,就会导致其它等待获取锁的线程进入循环等待,消耗CPU。使用不当会造成CPU使用率极高。

这把自旋锁是不公平的、不可重入的。怎样实现一把可重入的自旋锁?

class ReentrantSpinLock {
    private volatile AtomicReference<Thread> cas = new AtomicReference<Thread>();
    private volatile int count;

    public void lock() {
        Thread current = Thread.currentThread();
        if (current == cas.get()) { 
            count++;
            return;
        }
        while (!cas.compareAndSet(null, current)) {
            // DO nothing
        }
    }

    public void unlock() {
        Thread cur = Thread.currentThread();
        // 只有获得了锁,才能执行unlock
        if (cur == cas.get()) {
            if (count > 0) {
                count--;
            } else {
                cas.compareAndSet(cur, null);
            }
        }
    }
}

注意这两段代码中volatile的使用。

锁的状态:

1.无锁状态

2.偏向锁状态

3.轻量级锁状态

4.重量级锁状态

锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
四种状态会随着竞争的情况逐渐升级,而且是不可逆的过程,即不可降级。
这四种状态都不是Java语言中的锁,而是Jvm为了提高锁的获取与释放效率而做的优化(使用synchronized时)。

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。

轻量级
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
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。

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