Java中的锁概述

java中的锁

java添加锁的两种方式：
synchronized：关键字 修饰代码块，方法 自动获取锁、自动释放锁
Reentrantlock：类 只能修饰代码块 手动加锁、释放锁

java中锁的名词

一些锁的名词指的是锁的特性，设计，状态，并不是都是锁。

乐观锁（实际是没有锁）：

认为并发操作，不加锁的方式实现是没有问题的，每次操作前判断（CAS，自旋思想）是否成立，是一种不加锁实现

乐观锁和悲观锁不是指具体的什么类型的锁，可以将其看做一种解决并发同步问题的角度。

悲观锁：

认为并发操作肯定会有问题的，所以必须加锁，是加锁的实现。

总结：乐观锁适合读操作多的场景，悲观锁适合写操作多的场景。

可重入锁：

又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁得时候，可以获取到内部其他同步方法的同步锁。

读、写锁：

ReentrantReadWriteLock

支持读，写加锁；如果都是读操作，加锁，这个读锁可以被多个读操作的线程共享；如果一旦有写操作，加写锁，读写互斥

分段锁：

并非一种实际的锁，是一种思想，将锁的粒度拆分，提高效率；如ConcurrentHashMap

自旋锁：

并非一种实际的锁，是以自旋的方式重新获取锁，自己重试，当线程抢锁失败，就重试几次，成功了就继续，抢不到则线程阻塞

共享锁：

锁可以被多个线程所持有共享，如读写锁中的共享锁；

独占锁：

是互斥锁，同一时间该锁一次只能有一个线程持有，如synchronized；

公平锁：

按照请求锁的顺序获取锁，就是可以根据线程的先来后到公平的获取锁，例如ReentrantLock可以实现公平锁

非公平锁：

没有先来后到，谁抢到谁获得执行权，ReentrantLock也可以实现非公平锁，Synchronized是非公平锁。

Synchronized锁实现

Synchronized锁是依赖底层编译后的指令来控制的，需要我们提供一个同步对象，来记录锁状态。

java中Synchronized通过在对象头设置标记，记录锁状态，多个线程需要是同一个锁对象（在定义线程类时，创建一个static的对象作为锁对象即可），才可以实现加锁控制的目的，达到获取锁和释放锁的目的。

在Synchronized锁的底层实现中，提供锁的状态，用来区别对待，这个锁的状态存储在同步锁对象的对象头中，有一个区域叫Mark Word中存储。这几个状态是根据条件不断攀升的，目的还是优化，如下：

• 无锁状态

• 偏向锁状态：一直是一个线程访问， 记录线程的id，快速访问

• 轻量级锁状态：当锁状态为偏 向锁时，又继续有其他线程来访问，此时升级为轻量级锁；没有获取到锁的线程，不会阻塞，而是继续不断尝试获取锁

• 重量级锁状态：当锁状态为轻量级锁时，线程自旋达到一定的次数时，进入阻塞状态，锁状态升级为重量级，等待操作系统调度

再次普及一下对象头的概念：

对象的结构
实例对象在内存中的布局分为三个区域：对象头、实例数据、对齐填充。
对象头：对象头中有一块叫Mark Word的区域，用于存储自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID。
实例数据：实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。
对齐填充：第三部分对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。

在介绍其他锁之前，先要认识AQS：

AQS

Abstract Queued Synchronizer 抽象同步队列

位于java.util.concurrent.locks包下，是JUC其他锁实现的基础；

AQS 是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出同步器 ， 是 JUC 中 核 心 的 组 件 , 比如我 们提到的 ReentrantLock,CountDownLatch 等等都是基于 AQS 来实现。

只要搞懂了 AQS，那么 JUC类中的绝大部分api都可以搞定

AQS思路

在类中维护一个state变量，然后维护一个队列，以及获取锁，释放锁的方法；

当线程创建后，先判断state值，为0，没有线程使用，把state=1，执行完成后，将state=0，期间如果有其他的线程访问，state若等于1，将其他线程放入类中的队列中。(公平的实现)

AQS 的锁模式分为独占和共享

独占锁：每次只能有一个线程持有锁，比如 ReentrantLock 就是以独占方式实现的互斥锁。

共 享 锁 ： 允 许 多 个 线 程 同 时 获 取 锁 ， 并 发 访 问 共 享 资 源 ， 比 如ReentrantReadWriteLock

ReentrantLock锁

无参构造默认是非公平实现，参数为true- 公平实现，false-非公平实现；

ReentrantLock 类内部总共存在 Sync、NonfairSync、FairSync 三个类， NonfairSync 与FairSync 类 继 承 自Sync 类 ， Sync 类 继 承自 AbstractQueuedSynchronizer 抽象类。

abstractstaticclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer

非公平实现（源码）

staticfinalclassNonfairSyncextendsSync {
//加锁
finalvoidlock() { 
//若通过 CAS 设置变量 state 成功，就是获取锁成功，则将当前线程设置为独占线程。 
//若通过 CAS 设置变量 state 失败，就是获取锁失败，则进入 acquire 方法进行后续处理。if (compareAndSetState(0, 1))setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());elseacquire(1);
}//尝试获取锁，无论是否获得都立即返回protectedfinalbooleantryAcquire(intacquires) {returnnonfairTryAcquire(acquires);}
}

公平实现（源码）

staticfinalclassFairSyncextendsSync { finalvoidlock() { // 以独占模式获取对象，忽略中断 acquire(1);//底层实现交由 AbstractQueuedSynchronizer } }

JUC包中的常用类：

这些都是线程安全的实现类，底层都是基于AQS实现

ConcurrentHashMap

Hashtable：线程安全的，但直接锁住的是整个方法，效率低；
ConcurrentHashMap：是线程安全的实现类，效率是高于Hashtable的；

hashMap和ConcurrentHashMap都不能存储键值为null的元素,比如get方法，返回的是一个null，我们无法确定集合中不存在这个键，还是这个键对应的值是null，就是模糊不清的。

CopyOnWriteArrayList

将读取的操作发挥到机制，读读、读写都不是互斥的，且读的时候不加锁，写的时候加锁。提高读的效率；

实现原理是：在进行add，set等修改操作时，先将数组进行备份，对备份的数组进行修改，完成后，将修改后的数组赋值给原数组，提高了读的效率

CopyOnWriteArraySet

注：去重方式与Set集合是不一样的；

不能存储重复数据，是线程安全的

CountDownLatch辅助类

可以实现让一个线程暂停，等待其他线程各自执行完毕后再自动执行。底层实现也是通过AQS实现的，创建一个CountDownLatch对象后时构造方法中传入一个值，就是state的值，每当一个线程执行完毕，state就-1，直到所有线程都执行完，state等于0时，暂停的线程就可以回复工作了。