Java中锁的分类及如何实现(java,开发技术)

锁是一种工具，用于控制对共享资源的访问

Lock和synchronized，这两个是最创建的锁，他们都可以达到线程安全的目的，但是使用和功能上有较大不同

Lock不是完全替代synchronized的，而是当使用synchronized不合适或不足以满足要求的时候，提供高级功能

Lock 最常见的是ReentrantLock实现

syn效率低：锁的释放情况少，试图获得锁时不能设定超时，不能中断一个正在试图获得锁的线程

不够灵活，加锁和释放的时机单一，每个锁仅有一个单一的条件(某个对象),可能是不够的

无法知道是否成功获取到锁

最普通的获取锁，最佳实践是finally中释放锁，保证发生异常的时候锁一定被释放

用来获取锁，如果当前锁没有被其它线程占用，则获取成功，则返回true，否则返回false，代表获取锁失败

相当于tryLock(long time,TimeUnit unit) 把超时时间设置为无限，在等待锁的过程中，线程可以被中断

乐观锁：

比较乐观，认为自己在处理操作的时候，不会有其它线程来干扰，所以并不会锁住操作对象

在更新的时候，去对比我修改期间的数据有没有被改变过，如没有，就正常的修改数据

如果数据和我一开始拿到的不一样了，说明其他人在这段时间内改过，会选择放弃，报错，重试等策略

乐观锁的实现一般都是利用CAS算法来实现的

劣势：

可能造成ABA问题，就是不知道是不是修改过

使用场景：

适合并发写入少的情况，大部分是读取的场景，不加锁的能让读取的性能大幅提高

悲观锁：

比较悲观，认为如果我不锁住这个资源，别人就会来争抢，就会造成数据结果错误，所以它会锁住操作对象，Java中悲观锁的实现就是syn和Lock相关类

劣势：

阻塞和唤醒带来的性能劣势

如果持有锁的线程被永久阻塞，比如遇到了无限循环，死锁等活跃性问题，那么等待该线程释放锁的那几个线程，永远也得不到执行

优先级反转，优先级低的线程拿到锁不释放或释放的比较慢，就会造成这个问题

使用场景：

适合并发写入多的情况，适用于临界区持锁时间比较长的情况：

临界区有IO操作

临界区代码复杂或者循环量大

临界区竞争非常激烈

可重入就是说某个线程已经获得某个锁，可以再次获取锁而不会出现死锁

ReentrantLock 和synchronized 都是可重入锁

ReentrantLock的其它方法

isHeldByCurrentThread 可以看出锁是否被当前线程持有

getQueueLength()可以返回当前正在等待这把锁的队列有多长，一般这两个方法是开发和调试时候使用，上线后用到的不多

公平指的是按照线程请求的顺序，来分配锁；

非公平指的是，不完全按照请求的顺序，在一定情况下，可以插队

非公平锁可以避免唤醒带来的空档期

排它锁，又称为独占锁，独享锁

共享锁，又称为读锁，获得共享锁之后，可以查看但无法修改和删除数据，其他线程此时也可以获取到共享锁，也可以查看但无法修改和删除数据

共享锁和排它锁的典型是读写锁ReentrantReadWriteLock,其中读锁是共享锁，写锁是独享锁

在没有读写锁之前，我们假设使用ReentrantLock，那么虽然我们保证了线程安全，但是也浪费了一定的资源：

Thrad4释放了写锁多个读操作同时进行，并没有线程安全问题

在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的，提高了程序的执行效率

多个线程值申请读锁，都可以申请到

要么一个或多个一起读，要么一个写，两者不会同时申请到，只能存在一个写锁

读锁和写锁的交互方式：

读锁插队策略：

公平锁：不允许插队

非公平锁：写锁可以随时插队，读锁仅在等待队列头节点不是想获取写锁线程的时候可以插队

让当前线程进行自旋，如果自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁，那么当前线程就可以不必阻塞而是直接获取同步资源，从而避免切换线程的开销。这就是自旋锁。

阻塞锁和自旋锁相反，阻塞锁如果遇到没拿到锁的情况，会直接把线程阻塞，知道被唤醒

自旋缺点：

如果锁被占用的时间很长，那么自旋的线程只会白浪费处理器资源

在自旋的过程中，一直消耗cpu，所以虽然自旋锁的起始开销低于悲观锁，但是随着自旋的时间增长，开销也是线性增长的

原理：

在Java1.5版本及以上的并发框架java.util.concurrent 的atmoic包下的类基本都是自旋锁的实现

AtomicInteger的实现：自旋锁的实现原理是CAS,AtomicInteger中调用unsafe 进行自增操作的源码中的do-while循环就是一个自旋操作，如果修改过程中遇到其他线程竞争导致没修改成功，就在while里死循环直至修改成功

使用场景：

自旋锁一般用于多核服务器，在并发度不是特别高的情况下，比阻塞锁的效率要高

另外，自旋锁适用于临界区比较短小的情况，否则如果临界区很大(线程一旦拿到锁，很久之后才会释放)，那也是不合适的