【大家好，我是爱干饭的猿，本文是多线程初级入门，主要介绍了共享锁VS独占锁、重入锁VS不可重入锁、公平锁VS不公平锁、乐观锁VS悲观锁和synchronized原理。
后续会继续分享网络原理及其他重要知识点总结，如果喜欢这篇文章，点个赞👍，关注一下吧】
上一篇文章：《【web】java多线程（单例模式+阻塞队列+定时器+线程池）》
🤞目录🤞
🚌1. 常见的锁策略
1.1 共享锁 vs 独占锁（读写锁）
读锁Shared Lock（s锁）和 写锁Exclusive Lock（x锁）
一个线程对于数据的访问, 主要存在两种操作: 读数据 和 写数据
- ReentrantReadWriteLock.ReadLock 类表示一个读锁. 这个对象提供了 lock / unlock 方法进行 加锁解锁
- ReentrantReadWriteLock.WriteLock 类表示一个写锁. 这个对象也提供了 lock / unlock 方法进 行加锁解锁
- 读加锁 + 读加锁 不互斥
- 写加锁 + 写加锁 互斥
- 读加锁 + 写加锁 互斥
当业务中，读的次数远大于写的次数时，共享锁优于独占锁
synchronized 锁 不是读写锁，是独占锁
public class Main { public static void main(String[] args) { ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); Lock readLock = readWriteLock.readLock(); Lock writeLock = readWriteLock.writeLock(); readLock.lock(); Thread t = new Thread(){ @Override public void run() { readLock.lock(); System.out.println("读+读 可以访问到"); } }; t.start(); } }
1.2 可重入锁 vs 不可重入锁
可重入锁(ReentrantLock)：允许同一个线程多次申请同一把锁。
比如一个递归函数里有加锁操作，递归过程中这个锁会阻塞自己吗？如果不会，那么这个锁就是可重入 锁（因为这个原因可重入锁也叫做递归锁）。
Java里只要以Reentrant开头命名的锁都是可重入锁，而且JDK提供的所有现成的Lock实现类
synchronized 锁 是可重入锁
而 Linux 系统提供的 mutex 是不可重入锁。
不可重入锁：在一个线程加锁后，第二次加同样的锁阻塞了，就是不可重入锁
public class Main { public static void main(String[] args) { // 同一个线程申请同一把锁 Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); // main 线程锁 lock.lock(); // 如果能申请同一把锁，就能执行下面的代码 System.out.println("可执行之后的代码"); } }
1.3 公平锁 vs 不公平锁
公平(fair)：按照申请锁的次序获取到锁
公平锁：先到先得，要维护一个阻塞队列，所以公平锁实复杂。
不公平锁：不遵守先到先得的顺序，后来的线程运气好刚来就得到锁。
- 操作系统内部的线程调度就可以视为是随机的. 如果不做任何额外的限制, 锁就是非公平锁. 如果要 想实现公平锁, 就需要依赖额外的数据结构, 来记录线程们的先后顺序
- 公平锁和非公平锁没有好坏之分, 关键还是看适用场景
synchronized 锁是不公平锁
public class Main { public static void main(String[] args) { Lock lock = new ReentrantLock(true); // 公平锁 Lock lock2 = new ReentrantLock(false); // 不公平锁 Lock lock3 = new ReentrantLock(); // 默认不公平锁 } }
总结：synchronized 锁是 独占锁 + 可重入锁 + 不公平锁
1.4 乐观锁 vs 悲观锁
严格来讲，乐观锁和悲观锁是实现并发控制的两种解决方案，和“锁”的概念不是一个层级的概念。
乐观锁：评估后，并发情况中，多个线程修改一个共享资源的情况比较少，可以采用轻量级锁（无锁）
悲观锁：多个线程会频繁地修改同一个共享资源，必须使用互斥的方式（锁lock)来进行并发控制。
Synchronized 初始使用乐观锁策略. 当发现锁竞争比较频繁的时候, 就会自动切换成悲观锁策略
1.5 互斥锁 vs 自旋锁（重量级锁 vs 轻量级锁）
锁的实现导致的锁的种类不同：
默认情况下，我们的锁的实现，是采用OS提供的锁(mutex锁:互斥锁) 一旦请求锁失败，会导致当前线程（请求锁失败的线程）会放弃CPU，进入阻塞状态，把自己加到锁的阻塞队列中，等待被唤醒。 必须进入到内核态，一旦放弃CPU，再到获取CPU，时间 相隔很久(站在CPU指令角度)
性能太低。
思考不需要进行触发线程调度的锁的实现方式。
CAS（Compare and swap）
1. 比较 A 与 V 是否相等。（比较）
2. 如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）
3. 返回操作是否成功。
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硬件提供了CAS机制-> OS提供了CAS机制->JVM提供了CAS机制
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自旋锁：
- 优点: 没有放弃 CPU, 不涉及线程阻塞和调度, 一旦锁被释放, 就能第一时间获取到锁
- 缺点: 如果锁被其他线程持有的时间比较久, 那么就会持续的消耗 CPU 资源. (而挂起等待的时候是 不消耗 CPU 的)
🚌2. synchronized锁的原理
2.1 synchronized锁的基本特点
策略:可重入的＋不公平的＋独占锁
基本特点：
- 开始时是乐观锁, 如果锁冲突频繁, 就转换为悲观锁.
- 开始是轻量级锁实现, 如果锁被持有的时间较长, 就转换成重量级锁.
- 实现轻量级锁的时候大概率用到的自旋锁策略
- 是一种不公平锁
- 是一种可重入锁
- 不是读写锁
2.2 synchronized锁的加锁过程
JVM 将 synchronized 锁分为 无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁 状态。会根据情况，进行依次升级。
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1) 偏向锁：第一个尝试加锁的线程, 优先进入偏向锁状态
2) 轻量级锁：随着其他线程进入竞争, 偏向锁状态被消除, 进入轻量级锁状态(自适应的自旋锁). 此处的轻量级锁就是通过 CAS 来实现
3) 重量级锁：如果竞争进一步激烈, 自旋不能快速获取到锁状态, 就会膨胀为重量级锁 此处的重量级锁就是指用到内核提供的 mutex
什么是偏向锁?
偏向锁不是真的加锁, 而只是在锁的对象头中记录一个标记(记录该锁所属的线程). 如果没有其他线 程参与竞争锁, 那么就不会真正执行加锁操作, 从而降低程序开销. 一旦真的涉及到其他的线程竞争, 再取消偏向锁状态, 进入轻量级锁状态
2.3 synchronized的锁优化操作
1. 锁消除优化
Vector v = new Vector(); V....
前提:Vector为了做到线程安全，每个方法都用synchronized 修饰了
但是当实际上，我们的代码中只有主线程->所有做线程保护的操作都是无用功（(加锁、释放锁)编译器＋JVM判断出只有一个线程时，就会消除掉所有锁的操作，提升性能!!
public class Main { private static synchronized void method(){ System.out.println("锁优化"); } // 有没有锁无关紧要 public static void main(String[] args) { method(); } }
2. 锁粗化优化
前提:已经没办法进行锁消除的情况下
public class Main2 { static class MyThread extends Thread{ int i = 0; // 加锁粒度过细，性能较低 @Override public synchronized void run() { i++; } } static class MyThread2 extends Thread{ int i = 0; // 加锁粒度适中，提升性能 @Override public synchronized void run() { i++; i++; i++; } } }
3. 锁升级优化
就是synchronized 锁的加锁过程
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4. synchronized的锁优化总结
- 锁消除，能消除，尽量消除
- 锁粗化，看粒度是不是太细，尝试粗化
- 锁升级
- JVM发现一定是多线程场景来了 大部分对象不会被当成锁来使用＋对象头空间始终存在->对象头里就可以暂存一些其他信息
- 【从第一个线程尝试加锁到第二个线程尝试加锁】期间 该对象锁，偏向于第一个线程。这个线程过来的时候，走的是快速通道 ->对象头来保存偏向哪个线程
- 【从有多个线程参与抢锁开始】︰一旦退出偏向状态，就无法回到偏向状态了 优先尝试使用轻量级锁(cas + spin lock，不进入内核态，只在JVM的用户态，解决锁的竞争问题)->对象头里保存轻量级锁的地址
- 对象头里保存轻量级锁的地址 spin之后，还拿不到锁or自适应的情况下，spin之后，仍然拿不到锁走到重量级锁(放弃CPU，阻塞。需要内核态参与) ->对象头里保存重量级锁的地址
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