故事

地鐵上，小帥雙目空洞地望著窗外...絕望，發(fā)自內(nèi)心地感到絕望...

距離失業(yè)已經(jīng)過去兩個月了，這是小帥接到的第四次面試邀請。“回去等通知吧...”,簡簡單單的六個字，把小帥的心再次打入了冰窖。

上次“【ThreadLocal問出花】”，小帥其實(shí)也有吸取教訓(xùn)得，這次對于多線程的問題還是做了很多準(zhǔn)備的...可是沒想到這次的結(jié)果居然也還是這樣。

“Java中的鎖了解吧？介紹一下吧”，面試官不緊不慢地問到。

“樂觀鎖、悲觀鎖、公平鎖、非公平鎖，然后平時咱們的synchronized是基于.....”小帥把知道的所有關(guān)于鎖的基本都回答了一遍。

面試官對他笑了笑，“就這些嗎？還有呢？比如自旋鎖、可重入鎖、獨(dú)占鎖....并且說一下你的理解，或者聊一下使用場景的優(yōu)劣吧。”

“額.....以前好像看到過...”小帥語無倫次地回答到。

“嗯，行吧，之前的那些答得可以的，不過一會我這邊有個會，要不今天咱們就聊到這里？回去等通知吧...”

Java中讓人眼花繚亂的鎖你是否真的一一清楚了？

試問這樣一個大而寬的問題，大家能夠總結(jié)全嗎，如果讓各位來回答，能否回答完全呢？

我們在實(shí)際的并發(fā)編程中，常常遇到多個線程訪問一個共享變量的情況，當(dāng)同時對共享變量進(jìn)行讀寫操作的時候，就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致的情況。為了保證資源獲取的有序性，我們就常常會用到并發(fā)鎖。

那么接下來咱們就來聊聊這些Java并發(fā)鎖的理解吧。我們將從以下這些方面來一起回顧一下Java中的并發(fā)鎖。

概要

樂觀鎖和悲觀鎖：線程是否鎖住同步資源

大家其實(shí)對樂觀鎖和悲觀鎖聽說的比較多一些，所以咱們就先來聊聊這兩種類型的鎖。這兩種類型的鎖，本質(zhì)區(qū)分是要看線程是否鎖住同步資源。

先來看一下悲觀鎖。悲觀鎖就是每次去拿數(shù)據(jù)的時候都會認(rèn)為別人會修改數(shù)據(jù)，所以在讀取數(shù)據(jù)的時候都會上鎖。這樣就會導(dǎo)致線程臨時阻塞。

悲觀鎖

再來看一下樂觀鎖，樂觀鎖就是每次在拿數(shù)據(jù)的時候都假設(shè)別人不會修改數(shù)據(jù)，所以都不會進(jìn)行上鎖；只有在更新數(shù)據(jù)的時候才去判斷之前有沒有別的線程更新了這條數(shù)據(jù)。如果沒有更新，那么當(dāng)前線程會自己修改數(shù)據(jù)并且寫入成功。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)被其他線程更新了，那么會報(bào)錯或者自動重試，例如下圖。

樂觀鎖

上述兩種鎖，并沒有優(yōu)劣之分。只是看相關(guān)的場景然后分別去使用。

• 樂觀鎖：適用于寫少讀多的場景。因?yàn)椴挥蒙湘i，釋放鎖，省去了鎖的開銷，從而提升了吞吐量。
• 悲觀鎖：適用于寫多讀少的場景。因?yàn)榫€程競爭激烈，如果使用樂觀鎖會導(dǎo)致線程不斷進(jìn)行重試，反而降低吞吐量。

共享鎖和獨(dú)占鎖：多個線程是否共享同一把鎖

并發(fā)場景下，如果多個線程能夠共享一把鎖，那么就是所謂的共享鎖，如果不能，那么則為獨(dú)占鎖（其他命名：排他鎖或者獨(dú)享鎖）。

共享鎖指鎖可以被多個線程持有。如果一個線程對數(shù)據(jù)加上共享鎖，那么其他線程只能對數(shù)據(jù)再加共享鎖，不能加獨(dú)占鎖。另外的共享鎖的線程只能讀數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)。如下圖。

共享鎖

獨(dú)占鎖是指鎖一次只能被一個線程持有，如果一個線程對數(shù)據(jù)加上獨(dú)占鎖，那么其他的線程則不能對該數(shù)據(jù)再加任何類型的鎖。如果一個線程獲取獨(dú)占鎖，那么則該線程既可以讀數(shù)據(jù)又可以修改數(shù)據(jù)。

獨(dú)占鎖

對于獨(dú)占鎖來說，大家比較熟悉的就是synchronized和J.U.C包中的Lock實(shí)現(xiàn)類。

大家可能也聽說過互斥鎖，其實(shí)互斥鎖就是獨(dú)占鎖的一種常規(guī)實(shí)現(xiàn)。

讀寫鎖是共享鎖的一種具體實(shí)現(xiàn)。讀寫鎖管理一組鎖，一個是只讀的鎖，一個是寫鎖。

讀鎖可以再沒有寫鎖的時候被多個線程同時持有，而寫鎖是獨(dú)占的，于此同時寫鎖的優(yōu)先級要高于讀鎖，一個獲得了讀鎖的線程必須能看到前一個釋放的寫鎖更新的內(nèi)容。

讀寫鎖和互斥鎖對比，其性能更高，每次只有一個寫線程，但是有多個線程可以并發(fā)讀。

讀寫鎖

例如，ReentrantReadWriteLock。具體偽代碼如下：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 公眾號：程序員老貓
 **/
public class ReadWriteLockDemo {

    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void readData() {
        lock.readLock().lock(); // 獲取讀鎖
        try {
            // 讀取共享數(shù)據(jù)
        } finally {
            lock.readLock().unlock(); // 釋放讀鎖
        }
    }

    public void writeData() {
        lock.writeLock().lock(); // 獲取寫鎖
        try {
           // 修改或?qū)懭霐?shù)據(jù)
        } finally {
            lock.writeLock().unlock(); // 釋放寫鎖
        }
    }
}

公平鎖和非公平鎖：多線程競爭時是否要排隊(duì)

我們根據(jù)多線程在競爭鎖的時候是否需要排隊(duì)從來判斷其鎖的類型是公平鎖還是非公平鎖。

公平鎖指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。類似食堂排隊(duì)打飯，先到的可以先打飯。

公平鎖

非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序并不是按照申請鎖的順序進(jìn)行的，有可能后申請的比先申請的優(yōu)先獲得鎖，高并發(fā)場景下，優(yōu)先級就有可能發(fā)生反轉(zhuǎn)。如下圖：

咱們在日常開發(fā)的過程中經(jīng)常用到synchronized，其底層其實(shí)就是非公平鎖。當(dāng)然如果我們要使用公平鎖的情況下，我們也可以使用ReentrantLock。偽代碼如下：

Lock lock = new ReetrantLock(false);

ReentrantLock默認(rèn)為非公平鎖，設(shè)置為true的時候表示公平鎖。當(dāng)設(shè)置為false的時候表示非公平鎖。

可重入鎖和不可重入鎖：同一個線程中多個流程是否能夠獲取同一把鎖。

如果一個線程中的多個流程能夠獲取同一把鎖，那么我們就叫該所為可重入鎖，反之則為不可重入鎖。咱們光看文字描述的話可能比較抽象。我們看一下下圖。

在Java中可重入鎖一般有ReentrantLock，其命名就已經(jīng)很明確了。另外的synchronized也是可重入鎖。可重入鎖的優(yōu)勢是可以一定程度上避免死鎖發(fā)生。上面的示意圖轉(zhuǎn)換為如下demo:

public synchronized void methodA() {
  methodB()
}

public synchronized void methodB() {
  methodC()
}

public synchronized void methodC(){
  doSomeThing()
}

自旋鎖或者自適應(yīng)自旋鎖：線程鎖定同步資源失敗，如該線程沒有被阻塞場景下發(fā)生

如果一個線程鎖住同步資源失敗，但是又希望這個線程不被阻塞，那么此時咱們就可以使用自旋鎖或者自適應(yīng)自旋鎖。自旋鎖指線程沒有獲得鎖的情況下不被掛起，而是執(zhí)行一個忙循環(huán)。那么這個忙循環(huán)的話就成為自旋。如下：

自旋鎖

目的：減少線程被掛起的概率，因?yàn)榫€程被掛起和喚醒也是消費(fèi)資源。

Java中AtomicInteger類就有自旋的操作，如下源代碼：

@HotSpotIntrinsicCandidate
    public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
        int v;
        do {
            v = getIntVolatile(o, offset);
        } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
        return v;
    }

上述方法中weakCompareAndSetInt(),就可以被稱為是CAS操作，如果失敗，那么會一直循環(huán)獲取當(dāng)前的value值然后進(jìn)行重試操作。那么這個過程其實(shí)就是自旋了。

其他分類的鎖

上述我們聊到的這系列的鎖應(yīng)該是大家聽到比較多的。其實(shí)還有其他的分類。在此不做一一展開了，有興趣的小伙伴當(dāng)然也可以深入去了解一下。例如根據(jù)線程競爭同步資源的時候，細(xì)節(jié)流程是否發(fā)生變化，分為偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖。在比如，相信大家對HashMap底層原理倒背如流吧，對ConcurrentHashMap應(yīng)該也有了解，那么ConcurrentHashMap底層其實(shí)將鎖的粒度進(jìn)一步細(xì)化了，存在了分段鎖的概念等等。

總結(jié)

這些讓人眼花繚亂的鎖，如果面試官問到的話，大家是否能夠說出一二呢？相信看完上面的解釋，大家心里多多少少也有數(shù)了吧。當(dāng)然關(guān)于最后一點(diǎn)其他分類的鎖，老貓沒有展開。有興趣的小伙伴可以自行查閱一下這些分類。