在 Java 中主要有以下几种锁:
一、乐观锁与悲观锁
- 悲观锁:
- 概念:总是假设最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁。
- 实现方式:传统的关系型数据库中的行锁、表锁以及 Java 中的同步代码块(使用
synchronized
关键字)和ReentrantLock
等都是悲观锁的实现。 - 适用场景:适合写操作多的场景,因为写操作具有排他性,采用悲观锁可以避免数据冲突。
- 乐观锁:
- 概念:总是假设最好的情况,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁。但是在更新的时候会判断在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号机制和 CAS 算法实现。
- 实现方式:在 Java 中可以使用
AtomicInteger
等原子类,它们是通过 CAS(Compare and Swap)算法实现的乐观锁。例如AtomicInteger
的incrementAndGet()
方法就是先比较当前值和预期值是否相等,如果相等则更新为新值并返回新值,否则不断重试直到成功。 - 适用场景:适合读操作多的场景,因为读操作不会产生冲突,采用乐观锁可以提高并发性能。
二、自旋锁与自适应自旋锁
- 自旋锁:
- 概念:当一个线程尝试获取锁的时候,如果锁已经被其他线程占用,那么该线程将循环等待,而不是立即挂起,看持有锁的线程是否会很快释放锁。
- 实现方式:在 Java 中,自旋锁是通过循环和 CAS 操作实现的。例如,在
AtomicReference
的compareAndSet()
方法中,如果当前值与预期值不相等,则会不断循环尝试更新,这个过程就类似于自旋锁。 - 适用场景:自旋锁适用于锁占用时间很短的场景,因为如果锁占用时间很长,那么自旋会浪费大量的 CPU 时间。
- 自适应自旋锁:
- 概念:自适应自旋锁是在自旋锁的基础上,让自旋的时间不再固定,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上,自旋等待刚刚成功获得过锁,并且持有锁的线程正在运行中,那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功,进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间。如果对于某个锁,自旋很少成功获得过,那在以后要获取这个锁时将可能省略掉自旋过程,以避免浪费处理器资源。
- 实现方式:在 Java 虚拟机中实现,对自旋锁的优化自动进行,开发者无需手动干预。
三、公平锁与非公平锁
- 公平锁:
- 概念:多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,线程直接进入队列中排队,队列中的第一个线程才能获得锁。
- 实现方式:在 Java 中,可以通过构造
ReentrantLock
时传入true
来创建公平锁,如ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);
。 - 适用场景:公平锁适用于对线程等待时间敏感的场景,确保所有线程都有公平的机会获取锁,避免某些线程长时间等待。
- 非公平锁:
- 概念:多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。在非公平锁的情况下,当一个线程释放锁时,会从等待队列中随机选择一个线程来获取锁,或者直接尝试获取锁,如果成功则直接获取锁,而不是按照先来后到的顺序。
- 实现方式:
ReentrantLock
和synchronized
都是默认的非公平锁。 - 适用场景:非公平锁的性能通常比公平锁高,因为它减少了线程切换的开销。在大多数情况下,非公平锁可以提供更好的性能,特别是在锁被频繁获取和释放的情况下。
四、可重入锁(也叫递归锁)
- 概念:可重入锁是指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。也就是说,线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。
- 实现方式:
synchronized
和ReentrantLock
都是可重入锁。例如,一个使用synchronized
修饰的方法内部又调用了另一个synchronized
修饰的方法,同一个线程在调用外层方法获取锁后,进入内层方法时无需再次获取锁。 - 适用场景:在很多需要递归调用的场景中非常有用,避免了死锁的发生。
五、独享锁与共享锁
- 独享锁:
- 概念:也叫排他锁,指的是锁一次只能被一个线程所持有。
- 实现方式:
synchronized
和ReentrantLock
都是独享锁的实现。当一个线程获取到独享锁后,其他线程必须等待该线程释放锁后才能获取锁。 - 适用场景:适用于对资源进行独占性访问的场景。
- 共享锁:
- 概念:指的是锁可以被多个线程所持有。
- 实现方式:在 Java 中,
ReadWriteLock
中的读锁是共享锁的实现。多个线程可以同时获取读锁来读取共享资源,但是在写锁被获取时,所有的读锁和写锁都会被阻塞,直到写锁被释放。 - 适用场景:适用于对资源进行并发读操作较多的场景,可以提高读操作的并发性能。