Java 常见的锁分类及其特点

问:简单说说你所了解的 Java 锁分类和特点有哪些?

答:其实对于 Java 锁的分类没有严格意义的规则,我们常说的分类一般都是依据锁的特性、锁的设计、锁的状态等进行归纳整理的,所以常见的分类如下:

  • 公平锁、非公平锁:公平锁指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,非公平锁就是没有顺序完全随机,所以能会造成优先级反转或者饥饿现象;synchronized 就是非公平锁,ReentrantLock(使用 CAS 和 AQS 实现) 通过构造参数可以决定是非公平锁还是公平锁,默认构造是非公平锁;非公平锁的吞吐量性能比公平锁大好。

  • 可重入锁:又名递归锁,指在同一个线程在外层方法获取锁的时候在进入内层方法会自动获取锁,synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁,可重入锁可以在一定程度避免死锁。

  • 独享锁、共享锁:独享锁是指该锁一次只能被一个线程持有,共享锁指该锁可以被多个线程持有;synchronized 和 ReentrantLock 都是独享锁,ReadWriteLock 的读锁是共享锁,写锁是独占锁;ReentrantLock 的独享锁和共享锁也是通过 AQS 来实现的。

  • 互斥锁、读写锁:其实就是独享锁、共享锁的具体说法;互斥锁实质就是 ReentrantLock,读写锁实质就是 ReadWriteLock。

  • 乐观锁、悲观锁:这个分类不是具体锁的分类,而是看待并发同步的角度;悲观锁认为对于同一个数据的并发操作一定是会发生修改的(哪怕实质没修改也认为会修改),因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式,因为悲观锁认为不加锁的操作一定有问题;乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作是不会发生修改的,在更新数据的时候会采用不断的尝试更新,乐观锁认为不加锁的并发操作是没事的;由此可以看出悲观锁适合写操作非常多的场景,乐观锁适合读操作非常多的场景,不加锁会带来大量的性能提升,悲观锁在 java 中很常见,乐观锁其实就是基于 CAS 的无锁编程,譬如 java 的原子类就是通过 CAS 自旋实现的。

  • 分段锁:实质是一种锁的设计策略,不是具体的锁,对于 ConcurrentHashMap 而言其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效并发操作;当要 put 元素时并不是对整个 hashmap 加锁,而是先通过 hashcode 知道它要放在哪个分段,然后对分段进行加锁,所以多线程 put 元素时只要放在的不是同一个分段就做到了真正的并行插入,但是统计 size 时就需要获取所有的分段锁才能统计;分段锁的设计是为了细化锁的粒度。

  • 偏向锁、轻量级锁、重量级锁:这种分类是按照锁状态来归纳的,并且是针对 synchronized 的,java 1.6 为了减少获取锁和释放锁带来的性能问题而引入的一种状态,其状态会随着竞争情况逐渐升级,锁可以升级但不能降级,意味着偏向锁升级成轻量级锁后无法降为偏向锁,这种升级无法降级的策略目的就是为了提高获得锁和释放锁的效率。

  • 自旋锁:其实是相对于互斥锁的概念,互斥锁线程会进入 WAITING 状态和 RUNNABLE 状态的切换,涉及上下文切换、cpu 抢占等开销,自旋锁的线程一直是 RUNNABLE 状态的,一直在那循环检测锁标志位,机制不重复,但是自旋锁加锁全程消耗 cpu,起始开销虽然低于互斥锁,但随着持锁时间加锁开销是线性增长。

  • 可中断锁:synchronized 是不可中断的,Lock 是可中断的,这里的可中断建立在阻塞等待中断,运行中是无法中断的。

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