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锁在java中无处不在,它是并发交易中保证事务有序性的关键机制,你是否被琳琅满目的各种锁搞得头大?别担心,今天,小编就带你把这些锁梳理一遍。
是否锁住资源
线程要不要把资源锁住以同步资源,可以分为乐观锁和悲观锁,前者认为不锁住也有非常大的希望得到资源的正确状态,后者则认为必须锁住才能获取资源的正确状态。
获取锁失败线程是否阻塞
通过获取锁失败线程是否发生阻塞行为可分为重量级锁和轻量级锁(包括自旋锁、自适应锁),前者一旦获取失败就阻塞起来,等待唤醒,后者则通过不停尝试获取锁直至成功。
获取锁是否排队
通过获取锁的过程是否排队可以分为公平锁和非公平锁,前者属于先到先得,后者则掺杂了其它因素,导致了不公平。
一个线程能否反复获取同一把锁
通过评判一个线程是否能反复获取同一把锁可以分为可重入锁和非可重入锁,前者可以在方法嵌套的环境下自动获取子方法的锁。
多个线程能否共享一把锁
通过观察多个线程能否共同持有一把锁,分为共享锁和排他锁,前者允许多个线程获取同一把锁,且限制其为共享锁(即这时来一个线程想要获取它,并准备添加未排他锁就不行,所以这和无锁也显然不一样),这通常表现为读锁;排他锁就是只能由一个线程来持有,通常表现为写锁。
上面,小编通过不同的角度对锁进行了划分,已经对锁的分类有了一个初步的认识。接下来,小编将继续带你进一步认识他们。
乐观锁
乐观锁就是不加锁吗?乐观锁和完全不加锁有区别吗?乐观锁确实不加锁,但又不是对可能存在的冲突不屑一顾。乐观锁会在需要更新数据时通过CAS的方式进行一次比较,已确定是否需要更新。CAS英文即Compare And Swap,其工作机制是更新前先获取更新对象的值V,更新时再次比较待对象的值是否仍为V(比较+更新整体作为原子化操作),若是则更新值否则进行有限次重试。
适用场景:以读操作为主的场景(注意,是读为主,不是完全读,完全读的场景不需要乐观锁)。
自旋锁、自适应锁
前面我们已经了解到自旋锁是通过反复尝试代替阻塞,其反复尝试的次数通常是一个固定值。自适应锁本质仍是一个自旋锁,只是机制进行了优化,自旋的时间(次数)不再固定,而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定,显然这会使得效率变得高效,因为相当于在自旋锁模型中加入了一个经验值作为决策因子。
适用场景:短事务,不至于长时间自旋浪费CPU时间片。
公平锁、非公平锁
通常情况下我们都会使用非公平锁,这是因为客观世界多数情况下都有轻重缓急,都有尊卑之分,而程序是对其规则的反映。
可重入锁、非可重入锁
通常情况下我们都会使用可重入锁,是因为有助于把资源都消耗在真正的价值事务上。例如我们去银行窗口办理业务,同时办理开户和签约业务,不会要求你办完开户后又去排队再办理签约。非可重入锁则适用于追求高公平性的场景,例如排队领盒饭(吃不饱可以再领一份),肯定会要求你一次只能领一份,需要第二份则重新去排队,这是保证尽可能覆盖到更多人的必然选择。
锁的目的是服务线程同步的,那我们锁在达成这一目的过程中又用到了哪些机制呢?
临界区
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(Critical Section)(临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源)。每次只准许一个进程进入临界区,进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源,还是软件临界资源,多个进程必须互斥地对它进行访问。
(临界区工作机制)
观察上图可以发现,其具体实现方式是在通过CPU指令的互斥来实现只能有一个进程或线程访问临界资源。那么如果是多核而非单核处理器呢?基于CPU指令的方式如何能保证唯一进程或线程对临界资源进行操作?X86架构的处理办法是在上面基础上,对令牌加锁(基于内存交换锁信息),互斥性地挂出令牌,从而解决了多核互斥问题。
互斥量
基本原理同临界区,主要的区别在于其允许对互斥量做命名空间上的处理(即可跨进程使用),这样相对于临界区,互斥量可以实现跨进程的线程间共享资源对象,并实现有序处理。
信号量
信号量与临界区和互斥量都有着明显的不同,最大的不同是实现目标的不同。临界区和互斥量都要求资源处理的唯一性(或说排他性),但信号量追求的是有限并发处理,即允许多个线程同时处理某资源,其实现原理与操作系统PV操作一致。
事件
通过事件通知的形式来实现线程间的有序执行。
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