并发编程第三周

1 锁的分类

1.1 可重入锁，不可重入锁

Java提供的synchronized，ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock都是可重入锁

可重入：当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁是可以直接拿到的。

不可重入:当前线程获取到A锁，在获取之后尝试再次获取A锁，无法获取到，因为A锁被当前线程占用着，需要等待自己释放锁再获取是锁。

1.2 乐观锁，悲观锁

Java提供的synchronized，ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock都是悲观锁

Java中提供的CAS操作，就是乐观锁的一种实现

悲观锁：获取不到锁资源时，会将当前线程挂起（进入BLOCK,WAITING）,线程挂起会涉及到用户态和内核态的切换，消耗资源

• ​ 用户态：jvm可以自行执行的指令，不需要借助操作系统执行
• ​ 内核态：jvm不可以自行执行的指令，需要借助操作系统执行

**乐观锁：**获取不到锁可以再让CPU调度，重新尝试获取锁资源

Atomic原子类就是基于CAS乐观锁实现的

1.3 公平锁，非公平锁

Java提供的synchronized只能时非公平锁

ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock可以实现公平和非公平

**公平锁：**线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B排队，线程C来了，锁被A持有，同时B在排队。直接排到B后面，等待B拿到锁资源或者B取消后，才可以尝试区竞争锁资源。

非公平锁：线程A获取到了锁资源，线程B没有拿到，线程B排队，线程C来了，直接先去尝试竞争一波

• 拿到锁：插队成功
• 没有拿到锁：依然排队到B后面，等待B拿到锁资源或者B取消后，才可以尝试区竞争锁资源。

1.4 互斥锁，共享锁

Java提供的synchronized，ReentrantLock 互斥锁

ReentrantReadWriteLock有互斥锁也有共享锁

互斥锁：同一时间点，只会有一个线程持有当前互斥锁

共享锁：同一时间点，当前共享锁可以被多个线程同时持有

2 深入synchronized

2.1 类锁，对象锁

synchronized的使用一般就是同步方法块和同步代码块

synchronizated的锁时基于对象实现的

使用同步方法：

• static：此时使用的时当前类.class作为锁（类锁）
• 非static：此时使用的时当前对象做为锁（对象锁）

2.2 synchronized的优化

锁消除：在synchronized修饰的代码中，如果不存在操作临界资源的情况，会触发锁消除，即便写了synchronized也不会触发

public synchronized void method(){
// 没有操作临界资源
// 此时这个方法的synchronized你可以认为木有~~
}

锁膨胀：如果在一个循环中，频繁的获取和释放锁资源，这样带来的消耗很大，锁膨胀就是将锁的范围扩大，避免，频繁的获取和释放锁资源带来不必要的消耗。

锁升级：ReentranLock的实现，是先基于乐观锁CAS尝试获取资源，如果拿不到锁资源，才会挂起线程。synchronizated在jdk1.6之前，完全就是获取不到锁，立即挂起当前线程，所以性能差。

synchronizated在jdk1.6之后做了锁升级的优化

1. 无锁，匿名偏向：当前对象没有作为锁的存在

2. 偏向锁：如果当前锁资源只有一个线程频繁的获取和释放，那么这个线程过来，只需要判断当前指向的线程是否位当前线程。

   • 如果是，直接拿走锁资源

   • 如果不是，基于CAS的方式尝试将偏向锁指向当前线程。如果获取不到，锁升级，升级位轻量级锁（偏向锁状态出现了锁竞争的情况）

3. 轻量级锁：会采用自旋锁的方式取频繁的以CAS的形式获取锁资源。（采用的是自适应自旋锁）

   ​ 如果成功获取到，拿着锁资源走

   ​ 如果自旋一定次数，没有拿到锁资源，锁升级

4. 重量级锁：就是最传统的synchronized方式，拿不到锁资源，就挂起当前线程。

2.3 synchronized实现原理

synchronized是基于对象实现的。

Java对象在堆内存中的存储

展开MarkWord

MarkWord中标记着四种锁的信息：无锁、偏向锁、轻量级锁、

偏向锁延迟：偏向锁在升级为轻量级锁时，会涉及到偏向锁撤销，需要等到一个安全点，才可以做偏向锁撤销，在明知道有并发情况下，就可以选择不开启偏向锁，或者设置偏向锁延迟开启。因为在jvm启动时，需要加载的.class文件到内存中这个操作会涉及到synchronized的使用，为了避免出现偏向锁撤销操作，jvm启动初期，会有一个延迟4s开启偏向锁的操作。如果正常开启偏向锁了，那么不会出现无锁状态，对象会直接变为匿名偏向

整个锁升级状态的转变：

2.5 重量锁底层ObjectMonitor