[[385114]]

 一、java鎖的類型

java的鎖有這么幾類。

樂觀鎖和悲觀鎖

• 樂觀鎖就是JVM認(rèn)為不通過加鎖也能保證并發(fā)的正確性。典型實(shí)現(xiàn)是諸如AtomicInteger的實(shí)現(xiàn)。
• 悲觀鎖就是需要加鎖互斥。典型實(shí)現(xiàn)是Synchronized(Synchronized屬于樂觀鎖還是悲觀鎖其實(shí)跟具體實(shí)現(xiàn)有關(guān)，大部分場(chǎng)景下都是悲觀鎖)和ReentrantLock。

可重入和不可重入

• 可重入是指當(dāng)一個(gè)線程獲取了鎖，但是沒有釋放，這個(gè)線程又要獲取這個(gè)鎖，仍然能獲取成功。Synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖。
• 不可重入是可重入的否命題，這樣自己會(huì)把自己死鎖。應(yīng)該沒有這樣的實(shí)現(xiàn)。

公平鎖和非公平鎖

• 公平鎖是先請(qǐng)求鎖的線程肯定先獲得鎖，也就是FIFO。公平說是不是就是合理的?可能也不一定，因?yàn)檫@會(huì)造成上下文的切換。ReentrantLock默認(rèn)是非公平鎖，但是可以通過構(gòu)造方法構(gòu)造公平鎖實(shí)例。
• 非公平鎖是新來的線程有優(yōu)先獲得鎖的機(jī)會(huì)，也就是可以插隊(duì)。合理嗎?可能也不合理，因?yàn)檫@可能造成“餓死”現(xiàn)象：在排隊(duì)的舊的線程總是獲取不到鎖。Sysnchronized其實(shí)就是非公平鎖。

排他鎖和共享鎖

• 排他鎖是一個(gè)線程獲得鎖之后，其他線程不能再獲得鎖。大多數(shù)場(chǎng)景下都是排他鎖。
• 共享鎖是指多個(gè)線程可以同時(shí)獲得鎖。常見的是多個(gè)線程可以同時(shí)獲得讀鎖。

二、synchronized

synchronized基本原理是通過CPU指令實(shí)現(xiàn)的。在jdk1.6之前是很重的鎖。因?yàn)閖ava的多線程與操作系統(tǒng)的線程是一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)java線程阻塞的時(shí)候需要切換到內(nèi)核態(tài)的線程進(jìn)行阻塞，喚醒的時(shí)候又要從內(nèi)核態(tài)切換到用戶態(tài)，進(jìn)行了很重的上下文切換。那么能不能當(dāng)一個(gè)線程獲取不到鎖的時(shí)候不阻塞呢?自旋可以嗎?這樣就有了synchronized的四種實(shí)現(xiàn)：無鎖、偏向鎖、輕量鎖、重量鎖。

synchronized鎖的是java的對(duì)象頭，再詳細(xì)點(diǎn)是mark word。

無鎖

這個(gè)沒有什么好說的。沒有將這個(gè)對(duì)象通過synchronized包括。

偏向鎖

當(dāng)只有一個(gè)線程在訪問鎖的時(shí)候，會(huì)在mark word中通過CAS的方式設(shè)置當(dāng)前線程的threadId。如果成功的話，加鎖成功(由于只有一個(gè)線程，肯定成功)。這樣當(dāng)這個(gè)線程再次請(qǐng)求鎖的時(shí)候，看mark word的thread id和自己是否相同，如果相同加鎖成功。注意，它是沒有解鎖操作的。如果是另一個(gè)線程也來了，由于上一個(gè)線程沒有解鎖操作，這個(gè)新線程的CAS肯定失敗。這時(shí)當(dāng)JVM沒有字節(jié)碼要執(zhí)行的時(shí)候(全局安全點(diǎn))，會(huì)檢查上一個(gè)線程有沒有結(jié)束，如果結(jié)束，則通過CAS將mark word中的thread id字段更新為新線程的threadId。如果上一個(gè)線程沒有結(jié)束，這就存在并發(fā)了。偏向鎖無法完成使命，需要升級(jí)為輕量鎖。

輕量鎖

接著上面偏向鎖的上一個(gè)線程A和新的線程B的例子。JVM此時(shí)進(jìn)行一下線程A對(duì)mark word的操作。將mark word拷貝到當(dāng)前線程的棧空間中，CAS操作mark word的指針指向這個(gè)棧空間的地址，CAS操作當(dāng)前線程的?？臻g再加一個(gè)指向mark word的指針，這兩個(gè)操作成功后，其實(shí)第一個(gè)CAS成功就是成功，這樣線程A就獲得了鎖，升級(jí)成為了輕量鎖。線程B會(huì)自旋等待線程A的釋放。線程A怎么釋放鎖呢?只要將第一個(gè)CAS操作的指針(mark word指向線程棧的指針)釋放了就可以了，線程B自旋檢測(cè)mark word的指向，去搶占鎖。如果此時(shí)又來一個(gè)線程C呢?是不是也自旋?可以同時(shí)有幾個(gè)線程自旋?線程B能自旋多少次?這些都是有JVM參數(shù)可配置的。

重量鎖

這個(gè)其實(shí)也沒什么好說的。存在并發(fā)訪問時(shí)，直接將線程切換到內(nèi)核態(tài)阻塞。

三、ReentrantLock

ReentrantLock是通過AQS(AbstractQueuedSynchronizer)實(shí)現(xiàn)的。需要解決的問題：

需要有個(gè)狀態(tài)表示這個(gè)lock對(duì)象是不是被搶占了，如果可重入的話，被這個(gè)線程搶占了多少次。這個(gè)狀態(tài)標(biāo)識(shí)其實(shí)就是AQS的state成員變量。對(duì)state的操作肯定要線程安全。可以通過CAS解決。

protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 
    final Thread current = Thread.currentThread(); 
    int c = getState(); 
    if (c == 0) { 
        // 這個(gè)是公平鎖的實(shí)現(xiàn)。需要判斷隊(duì)列中有沒有等待的線程， 
        // 如果沒有才進(jìn)行CAS搶占     
        if (!hasQueuedPredecessors() && 
            compareAndSetState(0, acquires)) { 
            setExclusiveOwnerThread(current); 
            return true; 
        } 
    } 
    // 這里就是可重入邏輯 
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 
        int nextc = c + acquires; 
        if (nextc < 0) 
            throw new Error("Maximum lock count exceeded"); 
        setState(nextc); 
        return true; 
    } 
    return false; 
} 

 多個(gè)線程同時(shí)搶占lock，只有一個(gè)線程能成功，其他線程怎么排隊(duì)呢?排隊(duì)的線程怎么搶占鎖呢?這就用到了一個(gè)隊(duì)列。這個(gè)隊(duì)列的插入是通過自旋和CAS實(shí)現(xiàn)的。

private Node addWaiter(Node mode) { 
    Node node = new Node(mode); 
    // 循環(huán)嘗試 
    for (;;) { 
        Node oldTail = tail; 
        if (oldTail != null) { 
            // 無鎖修改前驅(qū)指針 
            node.setPrevRelaxed(oldTail); 
            // CAS修改tail 
            if (compareAndSetTail(oldTail, node)) { 
                // 修改后續(xù)指針 
                oldTail.next = node; 
                return node; 
            } 
        } else { 
            initializeSyncQueue(); 
        } 
    } 
} 

 排隊(duì)的線程搶占lock呢?

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { 
    boolean interrupted = false; 
    try { 
        for (;;) { 
            final Node p = node.predecessor(); 
            // 如果前驅(qū)節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn)，并且獲取鎖成功，直接返回。 
            // 但是大多數(shù)情況，可能運(yùn)氣沒這么好 
            if (p == head && tryAcquire(arg)) { 
                setHead(node); 
                p.next = null; // help GC 
                return interrupted; 
            } 
            // 是否需要阻塞 
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)) 
                // 這里阻塞 
                interrupted |= parkAndCheckInterrupt(); 
        } 
    } catch (Throwable t) { 
        cancelAcquire(node); 
        if (interrupted) 
            selfInterrupt(); 
        throw t; 
    } 
} 

 怎么喚醒上面阻塞的線程呢?這就要看下釋放邏輯。

public final boolean release(int arg) { 
    // 釋放lock 
    if (tryRelease(arg)) { 
        Node h = head; 
        if (h != null && h.waitStatus != 0) 
            unparkSuccessor(h);  // 喚醒頭結(jié)點(diǎn)的后續(xù)節(jié)點(diǎn)。注意頭結(jié)點(diǎn)是虛節(jié)點(diǎn)，沒有實(shí)在意義 
        return true; 
    } 
    return false; 
} 

 【編輯推薦】