常見的鎖策略

樂觀鎖 & 悲觀鎖

加鎖的時(shí)候預(yù)測這個(gè)鎖出現(xiàn)競爭性的可能性大還是??？

預(yù)測這個(gè)鎖出現(xiàn)競爭可能性小 —— 樂觀鎖

預(yù)測這個(gè)鎖出現(xiàn)競爭可能性大 —— 悲觀鎖

輕量級(jí)鎖 & 重量級(jí)鎖

加鎖的開銷小 —— 輕量級(jí)鎖

加鎖的開銷大 —— 重量級(jí)鎖

自旋鎖 & 掛起等待鎖

遇到鎖沖突，先不著急阻塞，而是嘗試重新得到鎖。這個(gè)操作不涉及內(nèi)核態(tài)，僅在用戶態(tài)方面進(jìn)行，所以更加輕量 —— 自旋鎖

遇到鎖沖突，阻塞等待，等到合適的時(shí)機(jī)再拿鎖。涉及到系統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)度，開銷大 —— 掛起等待鎖

公平鎖 & 非公平鎖

JVM約定了“先來后到” 是公平鎖（先請(qǐng)求得到鎖的線程會(huì)得到鎖）

“公平競爭，各憑本事”是不公平鎖（解鎖后，多個(gè)線程同時(shí)競爭一把鎖）

可重入鎖 & 不可重入鎖

一個(gè)線程，一把鎖，同時(shí)加鎖兩次

如果沒死鎖：可重入鎖；死鎖了：不可重入鎖

C++的std :: mutex 是不可重入鎖

可重入鎖也稱“可遞歸鎖”

synchronized是可重入鎖，以第一次加鎖為真，第二次加鎖跳過

普通互斥鎖 & 讀寫鎖

普通互斥鎖有

• 加鎖
• 解鎖

讀寫鎖有

• 加讀鎖
• 加寫鎖
• 解鎖

如果代碼中線程進(jìn)行讀的操作，那可以使用“讀鎖”，寫的操作使用“寫鎖”

讀鎖與讀鎖之間不存在互斥 —— 讀的過程數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生改變，只是讀

讀鎖與寫鎖之間存在互斥 —— 讀的過程中可能會(huì)被“寫”修改

寫鎖與寫鎖之間存在互斥 —— A寫的時(shí)候肯定不能被B修改

synchronized鎖

synchronized鎖是普通互斥鎖，是可重入鎖，是非公平鎖，有著自適應(yīng)的特點(diǎn)，根據(jù)內(nèi)部鎖競爭的激烈程度，自動(dòng)調(diào)整內(nèi)部策略，感知不到，干預(yù)不了，但我們需要知道內(nèi)部策略細(xì)節(jié)

鎖升級(jí)

鎖消除

針對(duì)synchronized的一種編譯器優(yōu)化，在保證邏輯不變的情況下，如果編譯器確定你寫的代碼不需要鎖，但你手動(dòng)加了鎖，會(huì)嘗試把鎖去掉。

但這個(gè)優(yōu)化十分保守，沒有十拿九穩(wěn)的情況下不會(huì)觸發(fā)，我們也不能依賴編譯器優(yōu)化這個(gè)機(jī)制來寫代碼

鎖粗化

關(guān)聯(lián)到鎖的粒度，編譯器會(huì)根據(jù)實(shí)際情況來操作

如果鎖的粒度小，證明加鎖解鎖中間的邏輯少，雖然會(huì)留出時(shí)間給其他的線程來得到鎖，但也增加了線程競爭的次數(shù)，也會(huì)增加阻塞的時(shí)間。

鎖的粒度雖然大，但是中間執(zhí)行的邏輯時(shí)間長，沒有反復(fù)加鎖解鎖的操作，其他線程也只能競爭一次。

CAS

Compare And Swap

解決線程安全，加鎖是一種普遍的策略，CAS是解決線程安全問題的另一種思路

顧名思義 比較與交換 —— 比較一個(gè)內(nèi)存與一個(gè)寄存器內(nèi)部的值，如果他兩的值相同，內(nèi)存會(huì)與寄存器另外一個(gè)值進(jìn)行交換，交換后更關(guān)心內(nèi)存更新之后的值，就可以實(shí)現(xiàn)“鎖”的功能

這是CAS的執(zhí)行邏輯

上述針對(duì)CAS的執(zhí)行邏輯，能看出它并不是函數(shù)，而是一條CPU指令，而且是原子的，那JVM如何運(yùn)行的呢？

1. CPU提供了CAS的執(zhí)行指令
2. 操作系統(tǒng)對(duì)CAS指令進(jìn)行了封裝并提供了API，通過API可以調(diào)用CAS機(jī)制
3. JVM就可以通過操作系統(tǒng)調(diào)用API
4. 我們的代碼就可以使用CAS
5. Java對(duì)CAS進(jìn)一步封裝，Java不建議你用CAS，但內(nèi)部像==原子類==、自旋鎖、synchronized，ConcurrentHashMap都使用了CAS

這又引申出了**原子類**

原子類

內(nèi)部沒有加鎖，但基于CAS實(shí)現(xiàn)了，所以不加鎖也能保證線程安全

可以實(shí)例化原子類的整數(shù)/字符…，并設(shè)定初始化的值

方法與注釋中的操作是一一對(duì)應(yīng)的，舉例getAndIncrement 是先得到舊值，再Increment（+1）

自旋鎖

synchronized內(nèi)部的自旋鎖，就是基于CAS實(shí)現(xiàn)，這就是為什么自旋鎖輕量的原因（“無鎖”）

ABA問題

CAS的循環(huán)檢測，判定是否有其他線程穿插修改執(zhí)行的依據(jù)是循環(huán)判定是檢測的值是否有變化，但是這種檢測方式是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，沒有變化不能代表沒有被修改過，可能某時(shí)刻的值是A，在下一時(shí)刻被修改了B，然后在第二次檢測之前又被修改回了A，這就是ABA問題

大部分時(shí)候ABA問題不會(huì)引起bug，但在某些極端的情況下是會(huì)的，就像買新手機(jī)一樣，你買的手機(jī)是“翻新機(jī)”，但翻新機(jī)不代表一定就有問題，只是說翻新機(jī)出現(xiàn)問題的概率比全新機(jī)更大的~

ABA的核心是：
在通過A的值相同判定是否有插隊(duì)，由于次數(shù)的修改有加也有減，就可能會(huì)出現(xiàn)ABA的問題，那么有一些解決方案：限制此處的操作（只能加或者只能減）、或者引入“版本號(hào)”概念，每次修改都讓“版本號(hào)”+1，再次使用判定的時(shí)候就不是用值來判定了，而是看版本號(hào)

那我們可以引申出以下問題??

1. CAS是什么？
2. CAS有什么應(yīng)用場景（CAS如何實(shí)現(xiàn)鎖）？
3. CAS的ABA問題是怎么樣的

JUC包中常見的類

JUC——Java.util.Concurrent包

Callable接口

是泛型接口，描述一個(gè)任務(wù)，唯一方法call()?

• 可以返回一個(gè)結(jié)果
• 可以拋出受檢異常

類似與Runnable，但與Runnable的void run() 不同的是Callable的 V call() throws Exception 有返回值，通常Callable任務(wù)會(huì)被交給FutureTask或ExecutorService.submit()來執(zhí)行

		Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
     		int sum = 0;
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
                    sum += i;
                }
                return sum;
            }
        };
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        Thread t = new Thread(futureTask);

FutureTask & Callable 的聯(lián)系

1. Callable是一個(gè)接口，類似與Runnable，但有返回值，并且能拋出受檢異常

   • 使用場景：需要執(zhí)行一個(gè)有返回值的任務(wù)時(shí)

2. FutureTask是一個(gè)類

   • 實(shí)現(xiàn)了RunnableFuture 接口

     ?public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>?

   • 而RunnableFuture 又繼承了Runnable 和 Future

     ?public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { void run(); }?

   • 所以FutureTask既是一個(gè)任務(wù)Runnable，也是一個(gè)容器Future?

   • 它內(nèi)部持有Callable，并在run()方法中調(diào)用Callable的call()方法

他們的call（）/ run（）和線程的run（）關(guān)系

1. ?Callable.call()?

   • 是用戶定義的邏輯，可以返回，可以拋出受檢異常
   • 不能直接交給Thread運(yùn)行，因?yàn)樗皇?code>Runnable，Thread只能運(yùn)行Runnable?

2. ?FutureTask.run()?

   • 是Runnable的實(shí)現(xiàn)
   • 內(nèi)部會(huì)調(diào)用Callable.call()，并把結(jié)果存起來，通過.get（）得到

3. ?Thread.run()?

   • Thread本身的run()是空的，當(dāng)你傳入一個(gè)Runnable后它才會(huì)調(diào)用Runnable.run()?
   • 如果傳入的是FutureTask，則會(huì)調(diào)用FutureTask.run()，再通過FutureTask.run()來調(diào)用Callable.call()?

執(zhí)行鏈條：

1. ?Thread.run() -> Runnable.run()?
2. ?Thread.run() -> FutureTask.run() -> Callable.call()?

ExecutorService & Callable

?ExecutorService.submit(Callable)不會(huì)直接調(diào)用Callable.call()，而是間接調(diào)用

1. newTaskFor(task)

   • 會(huì)把 Callable 包裝成一個(gè) FutureTask（RunnableFuture 的實(shí)現(xiàn)類）。
   • 這樣它既是一個(gè) Runnable（能被線程池執(zhí)行），又是一個(gè) Future（能保存結(jié)果）。

2. execute(ftask)

   • 線程池把 FutureTask 當(dāng)作 Runnable，交給工作線程運(yùn)行。
   • 線程執(zhí)行時(shí)，會(huì)調(diào)用 FutureTask.run()。

3. FutureTask.run()

   • 內(nèi)部調(diào)用 callable.call() 來真正執(zhí)行你的邏輯，并把結(jié)果存起來。

執(zhí)行鏈條：

ExecutorService.submit(Callable)

1. -> newTaskFor(Callable) (Callable -> FutureTask)
2. -> execute(FutureTask)
3. -> Worker(Thread) 執(zhí)行
4. -> FutureTask.run()
5. -> Callable.call()

對(duì)比Runnable，用Callable的優(yōu)勢

1. 有返回值

   • ?Runnable.run()沒有返回值
   • ?Callable.call()有返回值，結(jié)合Future/FutureTask使用，就能拿到異步計(jì)算的結(jié)果

   優(yōu)點(diǎn)：適合計(jì)算類任務(wù)，例如“統(tǒng)計(jì)一批文件的大小”“并行計(jì)算求和”等

2. 可以拋出受檢異常

   • Runnable不能拋出受檢異常，有異常只能自己捕獲或者包裝成RuntimeException
   • Callable可以拋出受檢異常，并保存到Future中，調(diào)用get()再拋出

   優(yōu)點(diǎn)：讓異常處理邏輯更加自然，避免任務(wù)里硬編碼try-catch

3. 和并發(fā)框架集成好

   • ExecutorService.submit(Callable task)會(huì)返回一個(gè)Future，可以用來

     • 獲取結(jié)果：future.get()?
     • 取消任務(wù)：future.cancel(true)?
     • 檢查狀態(tài)：future.isDone()?

   優(yōu)點(diǎn)：和Runnable相比，更合適在生產(chǎn)級(jí)并發(fā)框架應(yīng)用（線程池，F(xiàn)orkJoinPool）

4. 支持函數(shù)式編程（lambda）

   • Callable是函數(shù)式接口，支持lambda表達(dá)式

     ?Callable<Integer> task = () -> 42;?

   優(yōu)點(diǎn)：代碼更加簡潔美觀

ReentrantLock可重入鎖

一個(gè)可重入互斥lock具有與使用synchronized方法和語句訪問的隱式監(jiān)視鎖相同的基本行為和語義，但具有擴(kuò)展功能。

在上古時(shí)期的時(shí)候還沒有synchronized，當(dāng)時(shí)java的加鎖就是用的ReentrantLock

1. 支持trylock

   嘗試加鎖，如果加鎖失敗，就直接返回（放棄），也支持指定超時(shí)時(shí)間

2. 支持公平鎖

   

3. 等待通知機(jī)制

   • synchronized.wait()搭配notify()，只支持隨機(jī)喚醒或喚醒全部
   • ReentrantLock搭配Condition類，喚醒功能更加豐富，能指定喚醒

與synchronized區(qū)別

相同點(diǎn)：

1. synchronized 和 ReentrantLock 都是 Java 中提供的可重入鎖

不同點(diǎn)：

1. 用法不同：synchronized 可以用來修飾普通方法、靜態(tài)方法和代碼塊；ReentrantLock 只能用于代碼塊；
2. 獲取和釋放鎖的機(jī)制不同：進(jìn)入synchronized 塊自動(dòng)加鎖和執(zhí)行完后自動(dòng)釋放鎖； ReentrantLock 需要顯示的手動(dòng)加鎖和釋放鎖；
3. 鎖類型不同：synchronized 是非公平鎖； ReentrantLock 默認(rèn)為非公平鎖，也可以手動(dòng)指定為公平鎖；
4. 響應(yīng)中斷不同：synchronized 不能響應(yīng)中斷；ReentrantLock 可以響應(yīng)中斷，可用于解決死鎖的問題；
5. 底層實(shí)現(xiàn)不同：synchronized 是 JVM 層面通過監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)的；ReentrantLock 是基于 AQS 實(shí)現(xiàn)的。

‍總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java常見鎖策略的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java常見鎖策略內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論