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Java【多线程】（7）常见的锁策略

news 来源：原创 2025/8/23 15:14:06

目录

1.前言

2.正文

2.1悲观锁和乐观锁

2.2重量级锁和轻量级锁

2.3挂起等待锁和自旋锁

2.4互斥锁与读写锁

2.5可重入锁与不可重入锁

2.6公平锁与不公平锁

2.7synchronized优化

2.7.1锁升级

2.7.2锁消除

2.7.3锁粗化

 3.小结

1.前言

哈喽大家好，今天来给大家分享Java多线程中常见的锁策略，锁策略不是和Java强相关，但凡涉及到并发编程涉及到锁都会涉及锁策略，概念较多但都很重要，废话不多说让我们开始吧。

2.正文

首先在这里声明一点：以下讲的各种锁，不是针对某一种具体的锁，而是某个具体锁具有“悲观"特性或者“乐观”等特性~~

2.1悲观锁和乐观锁

悲观锁：

  • 定义：假设并发冲突一定会发生，因此在操作数据前先加锁，确保同一时刻只有一个线程能访问资源。

  • 特点：强一致性，但性能开销大。

乐观锁：

  • 定义：假设并发冲突很少发生，操作数据时不加锁，只在提交修改时检查是否被其他线程修改过。

  • 特点：高性能，但可能需重试。

悲观锁的现实场景：

  • 你去银行取钱，柜员会说："稍等，我先锁上保险箱再给你拿钱。"

  • 为什么？银行默认你会和别人争抢取钱这个操作，必须锁住资源。

乐观锁的现实场景：

  • 你和同事改同一份Docs，直接编辑，保存时系统提示："有冲突，请解决。"

  • 为什么？默认你们不会同时改同一段落，冲突了再处理。

根本区别在于对接下来锁竞争的是否激烈。

对比维度悲观锁乐观锁
默认态度"肯定会有人抢，先锁再说！""应该没人抢，冲突了再说~"
实现方式synchronized、ReentrantLock版本号、CAS（如AtomicInteger）
性能开销高（上下文切换、阻塞）低（无阻塞，可能重试）
适用场景写多读少（如支付、转账）读多写少（如商品库存、点赞计数）
失败处理线程阻塞等待回滚或自动重试

2.2重量级锁和轻量级锁

重量级锁：

  • 定义：依赖操作系统内核的互斥量（Mutex Lock）实现的锁机制，线程竞争时会直接进入阻塞状态，由操作系统负责线程调度。

  • 特点：功能完备（支持公平性、超时等），但性能开销大（涉及用户态到内核态的切换）。

轻量级锁：

  • 定义：基于CAS（Compare-And-Swap）自旋实现的锁机制，线程通过循环尝试获取锁，避免直接进入阻塞状态。

  • 特点：性能高（无系统调用），但长时间自旋会浪费CPU资源。

重量级锁的现实场景：

  • 你去医院挂号，发现窗口排队的人很多，直接去休息区睡觉（线程阻塞），等护士叫号（操作系统唤醒）。

  • 为什么？因为你知道要等很久，不如让出资源。

轻量级锁的现实场景：

  • 你在便利店排队结账，发现前面只有一个人，于是站在原地不停张望（自旋），等对方结束立马抢位置。

  • 为什么？因为等待时间短，不值得去找座位。

  • 重量级锁，当悲观的场景下，此时就要付出更多的代价。（更低效）
  • 轻量级锁，应对乐观的场景，此时付出的代价就会更小。（更高效）
对比维度重量级锁轻量级锁
实现原理通过操作系统内核的互斥量（Mutex）用户态的CAS自旋（如AtomicInteger）
线程状态阻塞（挂起）运行中（自旋等待）
性能开销高（上下文切换约1-10μs）低（自旋耗时约0.1-1ns/次）
适用场景高竞争、长临界区低竞争、短临界区
失败处理线程进入等待队列继续自旋或升级为重量级锁

2.3挂起等待锁和自旋锁

挂起等待锁就是重量级锁的典型实现，而自旋锁就是轻量级锁的典型实现。

挂起等待锁（阻塞锁）：

  • 定义：当线程获取锁失败时，立即释放CPU资源，进入阻塞状态（挂起），等待被唤醒

  • 核心机制：依赖操作系统调度，涉及线程上下文切换

  • 典型实现：Java的synchronized在重量级锁状态、ReentrantLock.lock()

自旋锁：

  • 定义：当线程获取锁失败时，不放弃CPU，而是循环重试（自旋），直到成功获取锁

  • 核心机制：通过CPU空转（忙等待）避免上下文切换

  • 典型实现：Java的AtomicIntegerCAS操作、ReentrantLock.tryLock()自旋版本（以后会详细讲解Java中的CAS）

挂起等待锁场景：

  • 你去热门餐厅取号，服务员说："现在没位，去旁边商场逛2小时再回来"（线程挂起）

  • 为什么合理：等待时间长时，干等着（自旋）反而浪费精力

自旋锁场景：

  • 你在便利店排队，收银员说："稍等1分钟马上好"，你选择站着玩手机等待（自旋）

  • 为什么合理：短暂等待时，来回走动（上下文切换）更耗能

对比维度挂起等待锁自旋锁
等待机制立即释放CPU进入阻塞状态保持CPU占用循环检测
系统开销高（上下文切换约1-10μs）低（但浪费CPU周期）
实现复杂度高（需OS支持线程调度）低（CAS即可实现）
适用场景锁持有时间长（>1ms）锁持有时间短（<1μs）
线程状态BLOCKED/WATINGRUNNABLE
公平性通常可实现公平通常是非公平的
典型应用数据库事务、文件IO计数器、状态标志

2.4互斥锁与读写锁

分析下这个读写锁：多个线程读取一个数据，是本身就线程安全的。多个线程读取，一个线程修改，肯定会涉及到线程安全问题。如果你把读和写都加上普通的互斥锁，意味着锁冲突将会非常严重，读锁和读锁之间不互斥，读锁和写锁互斥，写锁和写锁之间也互斥。于是乎读写所的存在，保证线程安全的前提下，降低锁冲突概率提高效率。

互斥锁（Mutex Lock）：

  • 定义：独占锁，同一时刻只允许一个线程访问共享资源

  • 特点：强排他性，读/写操作同等对待

  • 典型实现：Java的synchronized、ReentrantLock

读写锁（ReadWrite Lock）：

  • 定义：分离锁，将读操作和写操作区别对待

  • 特点：允许多个读线程并发，写线程独占

  • 典型实现：Java的ReentrantReadWriteLock

互斥锁场景：

  • 图书馆自习室规则："每次只允许一人进入，无论你是看书（读）还是做笔记（写）"

  • 结果：即使多人只想看书，也得排队轮流进

读写锁场景：

  • 改进后的规则："看书的人可以一起进，但做笔记的人必须单独使用房间"

  • 结果：读书效率提升，写作时仍保证独占

对比维度互斥锁读写锁
并发粒度完全互斥读读并发，读写/写写互斥
吞吐量低（所有操作串行）高（读操作可并行）
实现复杂度简单复杂（需维护读/写状态）
适用场景读写操作耗时相近读多写少（≥5:1）
线程饥饿风险无写线程可能被读线程长期阻塞
锁升级不支持读锁不能升级为写锁（会死锁）
公平性可公平/非公平可公平/非公平

2.5可重入锁与不可重入锁

之前文章中讲解过这里不过多展开了喔~简单总结~

可重入锁（Reentrant Lock）：

  • 定义：同一个线程可以多次获取同一把锁，锁会维护一个持有计数（hold count）

  • 关键特性：防止线程自己造成死锁

  • 典型实现：Java的synchronized、ReentrantLock

不可重入锁（Non-reentrant Lock）：

  • 定义：线程获取锁后，再次尝试获取会立即阻塞/失败

  • 关键特性：严格线性获取锁

  • 典型实现：早期的简单锁实现、某些特定场景的自旋锁

可重入锁场景：

  • 你家大门装了智能锁，你（线程）进入时：

  1. 第一次进门：验证指纹（获取锁）
  2. 进卧室时：不再验证（重入计数+1）
  3. 离开卧室：不真正锁门（计数-1）
  4. 最终出门：才真正上锁（计数归零）

不可重入锁场景：

  • 老式钥匙锁的尴尬情况：

  1. 你进门后锁上门（获取锁）
  2. 想进里屋时发现需要钥匙（再次获取锁）
  3. 钥匙插在外门锁上（死锁形成）
  4. 最终困在门厅里（线程阻塞）
对比维度可重入锁不可重入锁
死锁预防避免同一线程自我死锁可能因递归调用导致自我死锁
实现复杂度高（需维护线程ID和计数）低（只需布尔状态）
性能开销略高（计数器操作）略低
适用场景递归调用、回调函数简单线性流程
锁释放必须完全释放（计数归零）单次解锁即释放
典型应用Java同步机制、数据库事务某些内核锁、特殊优化场景

2.6公平锁与不公平锁

公平锁（Fair Lock）：

  • 定义：按照线程请求锁的先后顺序分配锁，遵循FIFO（先进先出）原则

  • 特点：避免线程饥饿，保证公平性

  • 实现方式：通过队列维护等待线程（如ReentrantLock(true)）

非公平锁（Non-fair Lock）：

  • 定义：允许线程插队获取锁，不保证请求顺序

  • 特点：吞吐量高，但可能导致线程饥饿

  • 实现方式：直接尝试CAS获取锁（如synchronized和ReentrantLock()默认模式）

公平锁场景：

  • 银行VIP窗口叫号系统："请A001号到3号窗口"（严格按取号顺序服务）

  • 优点：先来的人一定能先办业务

  • 缺点：即使窗口空闲，也必须叫号

非公平锁场景：

  • 地铁早高峰排队："车门一开，所有人挤着上车"（谁快谁上）

  • 优点：车厢利用率高（减少空置时间）

  • 缺点：可能有人永远挤不上去

对比维度公平锁非公平锁
排队机制严格FIFO允许插队（新线程可直接竞争）
吞吐量较低（约降低30%）较高
线程饥饿不会发生可能发生
实现复杂度高（需维护等待队列）低（直接CAS）
响应时间稳定但较长不稳定（可能极快或极慢）
适用场景交易系统、计费系统高并发缓存、计数器
JVM实现ReentrantLock(true)synchronized、ReentrantLock()

公平锁：

public class FairLockDemo {private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); // 公平模式public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 3; i++) {new Thread(() -> {lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁");} finally {lock.unlock();}}, "Thread-" + i).start();}}
}
// 输出保证按线程启动顺序获取锁

非公平锁：

public class NonFairDemo {private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 默认非公平public static void main(String[] args) {// 先让主线程持有锁lock.lock();new Thread(() -> {System.out.println("子线程尝试获取锁");lock.lock();  // 这里会插队！System.out.println("子线程获取成功");lock.unlock();}).start();Thread.sleep(100); // 确保子线程启动System.out.println("主线程释放锁");lock.unlock();  // 释放后子线程可能抢到，即使有其他等待线程}
}

2.7synchronized优化

2.7.1锁升级

JVM根据竞争情况，动态调整synchronized的锁状态，从低开销到高开销逐步升级，避免一刀切使用重量级锁。 JVM没有提供锁降级。

graph LRA[无锁] -->|首次获取| B[偏向锁]B -->|有竞争| C[轻量级锁]C -->|竞争加剧| D[重量级锁]

  1. 偏向锁（Biased Locking）

    • 场景：单线程反复访问同步块

    • 原理：在对象头记录线程ID（无需CAS）

  2. 轻量级锁（Thin Lock）

    • 场景：多线程交替执行（无真正竞争）

    • 原理：

      • 栈帧中创建Lock Record

      • 通过CAS将对象头指向Lock Record

  3. 重量级锁（Heavyweight Lock）

    • 场景：高并发竞争

    • 原理：通过ObjectMonitor实现

    • 开销：上下文切换约1-10μs

补充以下何为偏向锁：
刚一上来,不是真加锁, 而是只是简单做一个标记，进行synchronized。这个标记，非常轻量， 相比于加锁解锁来说，效率高很多~如果没有其他线程来竞争这个锁，最终当前线程执行到解锁代码，也就只是简单清除上标记即可~~(不涉及真加锁，真解锁)如果有其他线程来竞争，就抢先一步，在另一个线程拿到锁之前，抢先拿到锁真假锁了，偏向锁 =>轻量级锁，其他线程只能阻塞等待。

2.7.2锁消除

这也是编译器优化的一种体现。

概念：编译器会判定，当前这个代码逻辑是否真的需要加锁，如果确实不需要加锁，但是你写了 synchronized,，就会自动把synchronized给去掉，像一些判定不清楚的情况，不会触发锁消除。

如果到处有synchronized，意味着优化机制，只能把其中一部分，他能明确判定的给优化掉，还会有很多不应该使用， 但是编译器也优化不调。

2.7.3锁粗化

概念：
将相邻的多个细粒度锁合并为单个大锁，减少锁申请/释放开销。（加锁和解锁之间，包含的代码越多，就认为锁的粒度就越粗）

触发场景：

// 原始代码
for (int i = 0; i < 100; i++) {synchronized(obj) { // 每次循环都加锁doSomething();}
}// 优化后等效代码
synchronized(obj) { // 合并为单个锁for (int i = 0; i < 100; i++) {doSomething();}
}

以上三种做个总结：

优化手段适用场景性能提升幅度实现层级
锁升级所有synchronized场景10-100倍JVM运行时
锁消除线程私有对象2-5倍JIT编译期
锁粗化密集短锁操作1.5-3倍字节码优化阶段

 3.小结

今天的分享到这里就结束了，喜欢的小伙伴点点赞点点关注，你的支持就是对我最大的鼓励，大家加油！

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编程日记 2025/8/21 4:11:09

设计模式 四、行为设计模式（1）

在设计模式的世界里&#xff0c;23种经典设计模式通常被分为三大类&#xff1a;创建型、结构型和行为型。创建型设计模式关注对象创建的问题&#xff0c;结构性设计模式关注于类或对象的组合和组装的问题&#xff0c;行为型设计模式则主要关注于类或对象之间的交互问题。 行为设…...

编程日记 2025/8/17 22:14:12

Python错误分析与调试

在Python编程的过程中&#xff0c;我们难免会遇到各种各样的错误&#xff0c;而有效地分析和调试这些错误&#xff0c;能让我们的代码快速恢复正常运行&#xff0c;今天就来和大家聊聊Python中错误分析与调试的相关内容。 错误分析 Python中的错误大致可以分为语法错误和逻…...

编程日记 2025/8/20 4:10:55

vue实现大转盘抽奖

用vue实现一个简单的大转盘抽奖案例 大转盘 一 转盘布局 <div class"lucky-wheel-content"><div class"lucky-wheel-prize" :style"wheelStyle" :class"isStart ? animated-icon : "transitionend"onWheelTransitionE…...

编程日记 2025/8/19 14:25:12

《从零搭建Vue3项目实战》（AI辅助搭建Vue3+ElemntPlus后台管理项目）零基础入门系列第二篇:项目创建和初始化

&#x1f91f;致敬读者 &#x1f7e9;感谢阅读&#x1f7e6;笑口常开&#x1f7ea;生日快乐⬛早点睡觉 &#x1f4d8;博主相关 &#x1f7e7;博主信息&#x1f7e8;博客首页&#x1f7eb;专栏推荐&#x1f7e5;活动信息 文章目录 《从零搭建Vue3项目实战》&#xff08;AI辅助…...

编程日记 2025/8/18 0:42:58

yum拒绝连接

YUM 拒绝连接的解决方案 当遇到 yum 无法连接的问题时&#xff0c;通常可以通过更换为更稳定的镜像源来解决问题。以下是具体的解决方法&#xff1a; 更换为阿里云源 如果当前的 yum 配置文件存在问题或网络不稳定&#xff0c;可以尝试将其替换为阿里云的镜像源。 备份原始配…...

编程日记 2025/8/19 9:03:29

信息学奥赛一本通 1861：【10NOIP提高组】关押罪犯 | 洛谷 P1525 [NOIP 2010 提高组] 关押罪犯

【题目链接】 ybt 1861&#xff1a;【10NOIP提高组】关押罪犯 洛谷 P1525 [NOIP 2010 提高组] 关押罪犯 【题目考点】 1. 图论&#xff1a;二分图 2. 二分答案 3. 种类并查集 【解题思路】 解法1&#xff1a;种类并查集 一个囚犯是一个顶点&#xff0c;一个囚犯对可以看…...

编程日记 2025/8/18 0:15:12

代码随想录算法训练营第十一天

LeetCode/卡码网题目: 144. 二叉树的前序遍历94. 二叉树的中序遍历145. 二叉树的后序遍历102. 二叉树的层序遍历107.二叉树的层次遍历II199. 二叉树的右视图637. 二叉树的层平均值429. N 叉树的层序遍历515. 在每个树行中找最大值116. 填充每个节点的下一个右侧节点指针117. 填…...

编程日记 2025/8/17 22:12:00

浅谈进程的就绪状态与挂起状态

就绪状态 进程获得除 CPU 之外的所需资源&#xff0c;一旦得到 CPU 就可以立即运行&#xff0c;不能运行的原因是还是因为 CPU 的资源太少&#xff0c;只能等待分配 CPU 资源。在系统中&#xff0c;处于就绪状态的进程可能有多个&#xff0c;通常是将它们组成一个进程就绪队列…...

编程日记 2025/8/20 2:08:55

37、web前端开发之Vue3保姆教程(一)

一、课程简介 本课程旨在帮助学员从零基础逐步掌握Web前端开发的核心技术，涵盖当前前端开发中的关键工具和框架。课程内容包括： Vue 3：主流前端框架，支持组件化开发和响应式数据管理，帮助学员高效构建现代Web应用。TypeScript：增强版JavaScript，提供静态类型支持，提高…...

编程日记 2025/8/21 2:41:36

cenos7升级gcc 9.3和Qt5.15版本教程

cenos7升级gcc 9.3和Qt5.15版本教程 文章目录 cenos7升级gcc 9.3和Qt5.15版本教程0、背景1、现状2、目标和思路3、升级前环境准备3.1 虚拟机联网配置3.2 镜像设置 4、升级gcc 9.35 升级Qt6 测试验证7 总结 0、背景 之前编码的环境一直是“拿来主义”&#xff0c;拷贝现成的虚拟…...

编程日记 2025/8/17 22:15:57

Scala总结(七)

集合&#xff08;二&#xff09; 数组 不可变数组与可变数组的转换 arr1.toBuffer //不可变数组转可变数组 arr2.toArray //可变数组转不可变数组 arr2.toArray 返回结果才是一个不可变数组&#xff0c;arr2 本身没有变化arr1.toBuffer 返回结果才是一个可变数组&#xff…...

编程日记 2025/8/21 2:41:21

linux 使用 usermod 授权 普通用户 属组权限

之前写过这篇文章 linux 普通用户 使用 docker 只不过是使用 root 用户编辑 /etc/group用户所属组文件的方式 今天带来一种 usermod 命令行方式 以下3步&#xff0c;在root用户下操作 第一步&#xff0c;先创建一个普通用户测试使用 useradd miniuser第二步&#xff0c;授权到…...

编程日记 2025/8/19 18:48:21

Redis持久化

Redis持久化 一.认识持久化1.简单介绍2.持久化策略 二.RDB1.快照2."定期"fork 3.RDB演示(1)手动执行save&bgsave触发一次生成快照(2)插入key&#xff0c;不手动执行bgsave(3)执行bgsave后&#xff0c;新旧文件的替换(4)通过配置自动生成rdb快照(5)rdb文件内容被故…...

编程日记 2025/8/17 22:12:01

什么是 k8s 的 Taints（污点） 和 Tolerations（容忍度）

什么是 k8s 的 Taints&#xff08;污点&#xff09; 和 Tolerations&#xff08;容忍度&#xff09; 在 Kubernetes&#xff08;K8s&#xff09;中&#xff0c;Taints&#xff08;污点&#xff09;和 Tolerations&#xff08;容忍度&#xff09;用于影响 Pod 调度到节点的行为…...

编程日记 2025/8/21 4:01:32

是德科技KEYSIGHT校准件85039B

是德科技KEYSIGHT校准件85039B 是德科技KEYSIGHT校准件85039B 85039B Agilent | 85039B|校准件|网络分析仪校准件|3GHz|75欧|N型 品牌&#xff1a; 安捷伦 | Agilent | 惠普 | HP 主要技术指标 DC to 3GHz frequency range 主要描述 常用型号&#xff1a; 一、频谱分析仪或…...

编程日记 2025/8/22 23:02:55

以UE5第三方插件库为基础，编写自己的第三方库插件，并且能够在运行时复制.dll

首先&#xff0c;创建一个空白的C 项目&#xff0c;创建第三方插件库。如下图所示 编译自己的.Dll 和.lib 库&#xff0c;打开.sln 如下图 ExampleLibrary.h 的代码如下 #if defined _WIN32 || defined _WIN64 #define EXAMPLELIBRARY_IMPORT __declspec(dllimport) #elif d…...

编程日记 2025/8/19 7:31:50

StarRocks执行原理与SQL性能优化策略探索

https://zhuanlan.zhihu.com/p/15707561363 聚合优化实践 -- 通过count group by 优化 count distinct数据倾斜问题 除了前面所说的聚合度会对分组聚合造成比较大的影响外&#xff0c;我们还要考虑一个点&#xff0c;即数据倾斜问题。 背景: 如下为最初的用户计算uv的SQL SE…...

编程日记 2025/8/22 20:42:11

Java全栈面试宝典：JMM内存模型与Spring自动装配深度解析

目录 一、Java内存模型&#xff08;JMM&#xff09;核心原理 &#x1f525; 问题8&#xff1a;happens-before原则全景解析 JMM内存架构图 happens-before八大规则 线程安全验证案例 &#x1f525; 问题9&#xff1a;JMM解决可见性的三大武器 可见性保障机制 volatile双…...

编程日记 2025/8/17 22:15:16