1. 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!
本文旨在为Java新手提供一个易于理解的锁概念整合,消除对各种锁术语的恐惧感,并浅尝辄止地解释它们的底层实现。请注意,以下内容将仅使用HTML标签进行展示。
Java锁有多种类型,但不必过于担心它们之间的区别。例如,一个锁可以是悲观锁、可重入锁、公平锁等多种属性的结合。类比于一个人的身份,一个人可以是医生、健身爱好者、游戏玩家等多种角色,并非互相排斥。
在Java中,锁大致可以分为两类:自动加锁(如`synchronized`关键字)和显式锁(如`Lock`接口)。`synchronized`是一种自动管理锁的机制,适合日常使用,而`Lock`接口则提供更灵活的锁管理,适用于复杂场景。
`ReentrantLock`、`ReadLock`和`WriteLock`是`Lock`接口的重要实现类,分别对应可重入锁、读锁和写锁。`ReadWriteLock`是一个工厂接口,其主要实现类`ReentrantReadWriteLock`包含了用于读和写的静态内部类,这些类都实现了`Lock`接口。
悲观锁和乐观锁是根据对并发情况的假设来分类的。悲观锁假设每次获取数据时,其他线程可能会修改数据,因此每次获取数据时都会上锁。乐观锁则假设数据在读取时不会被修改,但在更新数据前会检查数据是否被他人修改过。
乐观锁的基础是`CAS`(Compare-and-Swap)操作。通过`CAS`,可以实现一个乐观锁,允许多个线程同时读取数据,但只有一个线程可以成功更新数据。`CAS`操作在硬件层面实现原子性,从而达到锁的效果,但无需实际的锁操作,故被称为无锁编程。
`自旋锁`是一种锁机制,通过无限循环(`while(true)`)来尝试获取锁,而无需阻塞等待。尽管自旋锁在某些场景下可以提高性能,但在大多数情况下,它会导致CPU资源的浪费,因此在Java中没有直接的自旋锁类。
`synchronized`锁的升级机制从偏向锁、轻量级锁到重量级锁,这是一系列优化策略,旨在提高性能和减少锁的竞争。轻量级锁实际上是一种自旋锁,用于处理锁的竞争。
`可重入锁`允许同一个线程多次获取同一把锁,无需阻塞。大部分Java锁都是可重入锁,包括`synchronized`关键字和`ReentrantLock`等。
`公平锁`与`非公平锁`的概念区分了锁分配的策略,公平锁确保了线程按照申请锁的顺序获得锁,而非公平锁则允许后申请的线程在某些情况下先获取锁。
`可中断锁`允许线程在等待锁时响应中断信号,提供了一种灵活的机制来控制线程的等待状态。
读写锁则将锁分为读锁和写锁,允许多个线程同时读取数据,但在写操作时需要独占锁,以避免数据不一致的问题。
通过了解这些锁类型及其特性,可以在实际开发中根据需求选择最合适的锁机制,提高程序的性能和稳定性。
2. Java的锁:公平锁,非公平锁,可重入锁,自旋锁,独占锁(写锁) / 共享锁(读锁) / 互斥锁
Java中的锁分类及其特点如下:
公平锁:
- 特点:遵循“先到先得”的原则,线程按照申请锁的时间顺序获取锁。
- 适用场景:适用于需要保证线程公平性的场景,避免优先级反转或饥饿现象。
非公平锁:
- 特点:不保证线程获取锁的顺序,可能会导致某些线程优先获取锁。
- 适用场景:在高并发环境下,非公平锁可能提高性能,但可能导致线程饥饿。
可重入锁:
- 特点:允许同一线程在外层方法获取锁后,内层递归方法也能获取到该锁。
- 适用场景:适用于方法嵌套调用的多线程环境,可以避免死锁。
自旋锁:
- 特点:线程尝试获取锁时,不会立即阻塞,而是采用循环的方式不断尝试获取锁。
- 适用场景:适用于锁持有时间短、线程上下文切换开销大的场景,但可能会消耗CPU资源。
独占锁:
- 特点:一次只能一个线程访问资源,不允许其他线程读写。
- 适用场景:适用于写操作频繁的场景,保证数据一致性。
共享锁:
- 特点:允许多个线程同时读取资源,但不允许写操作。
- 适用场景:适用于读操作频繁、写操作较少的场景,提升并发性能。
互斥锁:
- 特点:与独占锁类似,保证一次只有一个线程能够访问资源。
- 适用场景:用于需要严格同步控制的场景,防止数据竞争和不一致。
注意:上述锁的分类和特点有助于开发者在设计并发程序时,根据具体场景选择合适的锁机制,以优化程序性能和避免同步问题。