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常见的锁策略+synchronized（特性解释）

news 来源：原创 2025/6/27 14:22:46

该篇文章主要是对常见的锁策略的总结（主要的作用是扫盲），如想要了解其他部分，这部分可以不用看

目录

  • 一、常见的锁策略
    • 1. 悲观锁vs乐观锁
      • 举例：
    • 2. 重量级锁vs轻量级锁
    • 3. 挂起等待锁vs自旋锁
      • 举例
    • 4.普通互斥锁vs读写锁
      • 适用情况
    • 5.可重入锁vs不可重入锁
    • 6.公平锁vs非公平锁
  • 二、synchronized的划分
    • 1. 锁升级
      • 总结：
    • 2.锁消除
    • 3.锁粗化

一、常见的锁策略

该部分对于并发编程都是适用的

1. 悲观锁vs乐观锁

不是针对某一特定的锁
而是某一锁具有这样的“悲观”或“乐观”特性

悲观锁：加锁时，预测接下来的锁竞争非常激烈，就需要额外做一些工作进行处理
乐观锁：加锁时，预测接下来的锁竞争情况不会激烈，不需要额外的工作

举例：

悲观锁：有一个锁
有二十个线程试图加锁
每个锁竞争的频率会非常高
一个锁加锁时，很可能会被另一个线程占用
乐观锁：有一个锁
有两个线程尝试获取锁
两个线程的竞争不会有那么的激烈
每个锁加锁频率就会低
一个加锁，另一个锁大概率不会进行竞争

2. 重量级锁vs轻量级锁

遇到场景之后的一种解决方案
重量级锁：当悲观情况下时，需要付出更多的代价——>更低效
轻量级锁：当乐观情况下，付出的代价会少——>会比较高效

3. 挂起等待锁vs自旋锁

挂起等待锁：重量级锁的典型实现；//操作系统内核级别的，加锁时发现竞争，是线程进入阻塞状态，后续需要内核来进行唤醒
周期会更长，很难及时获得锁，不会一直消耗CPU，将CPU省出来做其他事
自旋锁：轻量级锁的典型实现；//应用程序级别，加锁时发现竞争，一般不是阻塞，而是经过忙等（乐观锁的场景，本身遇到锁竞争的概率就很小，有遇到竞争，短时间就可以拿到锁）的操作进行等待

举例

挂起等待锁：在操作系统当中，让线程进行阻塞，后续也是由系统进行唤醒的
线程1在14:00的时候因为加锁失败，进入阻塞
14:05的时候，对应的锁被释放了
14:10的时候，操作系统才唤醒这线程1，线程1才拿到锁
在14:00-14:10这个过程当中，线程1全称阻塞，不会消耗CPU的资源
自旋锁：不涉及操作系统当中的内核操作
线程2在14:00的时候，因为加锁失败，等待（不会放弃CPU资源的）
14:01~~
14:05，等待其他线程释放了锁，会直接拿到锁（不涉及操作系统内核的线程调度问题，第一时间拿到锁）
整个过程当中程序员是没有办法感知到他的一个过程的
Java内部会进行统计每个锁的竞争激烈程度
不激烈——>自旋锁
激烈——>挂起等待锁

4.普通互斥锁vs读写锁

普通互斥锁：synchronized的加锁&解锁操作
读写锁：读方式加锁；写方式加锁；解锁；多个线程读取——>线程安全&&多个线程修改（写操作）——>会有线程安全问题的风险

适用情况

读写锁：当大部分在读，少部分在写的时候MySQL当中的索引查询操作以及学校当中的教务系统
如果读加上普通互斥锁时——>锁冲突会非常严重

读写锁：确保读之间不会发现互斥
写与读之间：互斥
写与写之间：互斥

读写锁：为了降低锁冲突的概率，提高效率
多线程读一个变量，本身就是安全的，不需要进行加锁操作，也不需要进行互斥的操作
为了避免写操作对读操作的影响，给读也会加上锁，但是读与读之间是不会发生互斥现象的

Java当中的使用的包：
ReentrantReadWriteLock.ReadLock
外部类 内部类的形式
ReentrantReadWriteLock.WriteLock

5.可重入锁vs不可重入锁

判断标准：一个线程，一把锁，连续加锁多次是否会出现死锁的情况
可重入锁：不会死锁
不可重入锁：会死锁
实现的核心要点
1）锁要记录当前是哪个线程拿到这个锁
2）使用计时器，记录当前加锁了多少次，在合适的时候进行解锁

6.公平锁vs非公平锁

定义公平和非公平
先来后到||概率相等这两者都是公平锁

默认情况下，相当于“概率相等”操作系统的调度是随机的

二、synchronized的划分

自适应（可悲观，可乐观；可重量，可轻量；可挂起等待锁，可自旋锁），普通互斥锁，可重入锁，非公平锁

1. 锁升级

无锁——>偏向锁——>自旋锁——>重量级锁
重点解释偏向锁
进入synchronized，刚开始不是真正的加锁，只是简单进行标记
这个标记轻量级，相比于加锁解锁——>效率非常高
如果没有现成竞争这个锁，最终执行到解锁位置，也只是简单的上述的标记的操作，（不是真正的加锁和解锁的问题）
如果有其他锁来竞争这个锁，就会抢先一步，在另一个线程拿到锁之前，抢先拿到锁
上述的过程当中没有真正进行加锁的过程——偏向锁

总结：

无锁——>偏向锁：代码进入synchronized代码块
偏向锁——>轻量级锁：拿到偏向锁的线程运行过程中，遇到其他线程来竞争这个锁
轻量级锁——>重量级锁：JVM发现，竞争锁的情况非常激烈
在Java当中只有锁升级，没有“锁降级”

2.锁消除

编译器的优化体现：
判断是否真的需要synchronized加锁，如果不需要就会将这个在优化的过程当中直接去掉
整个过程是比较保守的：只有100%确认这个代码单线程就可以才会进行这样的优化操作
一些不清楚的情况，是不会发生优化现象

3.锁粗化

锁的粒度
加锁与解锁之间：代码越多锁的粒度越粗——>代码多指的是执行的时间（如果是调用函数即使是一条代码他的粒度是粗）
如果包含的代码少，粒度细
请添加图片描述
如果是黑色的加锁方式——建议改为红色的方式

这个文中重点介绍了常遇到的锁策略，以及synchronized的一些特性

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