故事

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

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

上次“【ThreadLocal問(wèn)出花】”，小帥其實(shí)也有吸取教訓(xùn)得，這次對(duì)于多線(xiàn)程的問(wèn)題還是做了很多準(zhǔn)備的...可是沒(méi)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(wèn)到。

“樂(lè)觀鎖、悲觀鎖、公平鎖、非公平鎖，然后平時(shí)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(duì)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(shuō)一下你的理解，或者聊一下使用場(chǎng)景的優(yōu)劣吧。”

“額.....以前好像看到過(guò)...”小帥語(yǔ)無(wú)倫次地回答到。

“嗯，行吧，之前的那些答得可以的，不過(guò)一會(huì)我這邊有個(gè)會(huì)，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(wèn)這樣一個(gè)大而寬的問(wèn)題，大家能夠總結(jié)全嗎，如果讓各位來(lái)回答，能否回答完全呢？

我們?cè)趯?shí)際的并發(fā)編程中，常常遇到多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)共享變量的情況，當(dāng)同時(shí)對(duì)共享變量進(jìn)行讀寫(xiě)操作的時(shí)候，就會(huì)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(huì)用到并發(fā)鎖。

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

概要

樂(lè)觀鎖和悲觀鎖：線(xiàn)程是否鎖住同步資源

大家其實(shí)對(duì)樂(lè)觀鎖和悲觀鎖聽(tīng)說(shuō)的比較多一些，所以咱們就先來(lái)聊聊這兩種類(lèi)型的鎖。這兩種類(lèi)型的鎖，本質(zhì)區(qū)分是要看線(xiàn)程是否鎖住同步資源。

先來(lái)看一下悲觀鎖。悲觀鎖就是每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)認(rèn)為別人會(huì)修改數(shù)據(jù)，所以在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖。這樣就會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)程臨時(shí)阻塞。

悲觀鎖

再來(lái)看一下樂(lè)觀鎖，樂(lè)觀鎖就是每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都假設(shè)別人不會(huì)修改數(shù)據(jù)，所以都不會(huì)進(jìn)行上鎖；只有在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候才去判斷之前有沒(méi)有別的線(xiàn)程更新了這條數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有更新，那么當(dāng)前線(xiàn)程會(huì)自己修改數(shù)據(jù)并且寫(xiě)入成功。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)被其他線(xiàn)程更新了，那么會(huì)報(bào)錯(cuò)或者自動(dòng)重試，例如下圖。

樂(lè)觀鎖

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

• 樂(lè)觀鎖：適用于寫(xiě)少讀多的場(chǎng)景。因?yàn)椴挥蒙湘i，釋放鎖，省去了鎖的開(kāi)銷(xiāo)，從而提升了吞吐量。
• 悲觀鎖：適用于寫(xiě)多讀少的場(chǎng)景。因?yàn)榫€(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)激烈，如果使用樂(lè)觀鎖會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)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(gè)線(xiàn)程是否共享同一把鎖

并發(fā)場(chǎng)景下，如果多個(gè)線(xiàn)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(gè)線(xiàn)程持有。如果一個(gè)線(xiàn)程對(duì)數(shù)據(jù)加上共享鎖，那么其他線(xiàn)程只能對(duì)數(shù)據(jù)再加共享鎖，不能加獨(dú)占鎖。另外的共享鎖的線(xiàn)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(gè)線(xiàn)程持有，如果一個(gè)線(xiàn)程對(duì)數(shù)據(jù)加上獨(dú)占鎖，那么其他的線(xiàn)程則不能對(duì)該數(shù)據(jù)再加任何類(lèi)型的鎖。如果一個(gè)線(xiàn)程獲取獨(dú)占鎖，那么則該線(xiàn)程既可以讀數(shù)據(jù)又可以修改數(shù)據(jù)。

獨(dú)占鎖

對(duì)于獨(dú)占鎖來(lái)說(shuō)，大家比較熟悉的就是synchronized和J.U.C包中的Lock實(shí)現(xiàn)類(lèi)。

大家可能也聽(tīng)說(shuō)過(guò)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(xiě)鎖是共享鎖的一種具體實(shí)現(xiàn)。讀寫(xiě)鎖管理一組鎖，一個(gè)是只讀的鎖，一個(gè)是寫(xiě)鎖。

讀鎖可以再?zèng)]有寫(xiě)鎖的時(shí)候被多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)持有，而寫(xiě)鎖是獨(dú)占的，于此同時(shí)寫(xiě)鎖的優(yōu)先級(jí)要高于讀鎖，一個(gè)獲得了讀鎖的線(xiàn)程必須能看到前一個(gè)釋放的寫(xiě)鎖更新的內(nèi)容。

讀寫(xiě)鎖和互斥鎖對(duì)比，其性能更高，每次只有一個(gè)寫(xiě)線(xiàn)程，但是有多個(gè)線(xiàn)程可以并發(fā)讀。

讀寫(xiě)鎖

例如，ReentrantReadWriteLock。具體偽代碼如下：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 公眾號(hào)：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(xiě)鎖
        try {
           // 修改或?qū)懭霐?shù)據(jù)
        } finally {
            lock.writeLock().unlock(); // 釋放寫(xiě)鎖
        }
    }
}

公平鎖和非公平鎖：多線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)時(shí)是否要排隊(duì)

我們根據(jù)多線(xiàn)程在競(jìng)爭(zhēng)鎖的時(shí)候是否需要排隊(duì)從來(lái)判斷其鎖的類(lèi)型是公平鎖還是非公平鎖。

公平鎖指多個(gè)線(xiàn)程按照申請(qǐng)鎖的順序來(lái)獲取鎖。類(lèi)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(gè)線(xiàn)程獲取鎖的順序并不是按照申請(qǐng)鎖的順序進(jìn)行的，有可能后申請(qǐng)的比先申請(qǐng)的優(yōu)先獲得鎖，高并發(fā)場(chǎng)景下，優(yōu)先級(jí)就有可能發(fā)生反轉(zhuǎn)。如下圖：

咱們?cè)谌粘ｉ_(kāi)發(fā)的過(guò)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(shí)候表示公平鎖。當(dāng)設(shè)置為false的時(shí)候表示非公平鎖。

可重入鎖和不可重入鎖：同一個(gè)線(xiàn)程中多個(gè)流程是否能夠獲取同一把鎖。

如果一個(gè)線(xiàn)程中的多個(gè)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(huà)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(shì)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(xiàn)程鎖定同步資源失敗，如該線(xiàn)程沒(méi)有被阻塞場(chǎng)景下發(fā)生

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

自旋鎖

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

Java中AtomicInteger類(lèi)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(chēng)為是CAS操作，如果失敗，那么會(huì)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(gè)過(guò)程其實(shí)就是自旋了。

其他分類(lèi)的鎖

上述我們聊到的這系列的鎖應(yīng)該是大家聽(tīng)到比較多的。其實(shí)還有其他的分類(lèi)。在此不做一一展開(kāi)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(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)同步資源的時(shí)候，細(xì)節(jié)流程是否發(fā)生變化，分為偏向鎖、輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖。在比如，相信大家對(duì)HashMap底層原理倒背如流吧，對(duì)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(wèn)到的話(huà)，大家是否能夠說(shuō)出一二呢？相信看完上面的解釋?zhuān)蠹倚睦锒喽嗌偕僖灿袛?shù)了吧。當(dāng)然關(guān)于最后一點(diǎn)其他分類(lèi)的鎖，老貓沒(méi)有展開(kāi)。有興趣的小伙伴可以自行查閱一下這些分類(lèi)。