java锁的种类以及辨析（转载）

java锁的种类以及辨析（一）：自旋锁

锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利，但是锁的具体性质以及类型却很少被提及。本系列文章将分析JAVA下常见的锁名称以及特性，为大家答疑解惑。

1、自旋锁

自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区。如下

01	public class SpinLock {

02

03	private AtomicReference<Thread> sign =newAtomicReference<>();

04

05	public void lock(){

06	Thread current = Thread.currentThread();

07	while(!sign .compareAndSet(null, current)){

08

}

09

}

10

11	public void unlock (){

12	Thread current = Thread.currentThread();

13	sign .compareAndSet(current, null);

14

}

15

}

使用了CAS原子操作，lock函数将owner设置为当前线程，并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null，并且预测值为当前线程。

当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空，导致循环一直被执行，直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null，第二个线程才能进入临界区。

由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

注：该例子为非公平锁，获得锁的先后顺序，不会按照进入lock的先后顺序进行。

Java锁的种类以及辨析（二）：自旋锁的其他种类

锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利，但是锁的具体性质以及类型却很少被提及。本系列文章将分析JAVA下常见的锁名称以及特性，为大家答疑解惑。

2.自旋锁的其他种类

上篇我们讲到了自旋锁，在自旋锁中 另有三种常见的锁形式:TicketLock ，CLHlock 和MCSlock

Ticket锁主要解决的是访问顺序的问题，主要的问题是在多核cpu上

01	package com.alipay.titan.dcc.dal.entity;

02

03	import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

04

05	public class TicketLock {

06	private AtomicInteger                     serviceNum = new AtomicInteger();

07	private AtomicInteger                     ticketNum  = new AtomicInteger();

08	private static final ThreadLocal<Integer> LOCAL      = new ThreadLocal<Integer>();

09

10	public void lock() {

11	int myticket = ticketNum.getAndIncrement();

12	LOCAL.set(myticket);

13	while (myticket != serviceNum.get()) {

14

}

15

16

}

17

18	public void unlock() {

19	int myticket = LOCAL.get();

20	serviceNum.compareAndSet(myticket, myticket + 1);

21

}

22

}

每次都要查询一个serviceNum 服务号，影响性能（必须要到主内存读取，并阻止其他cpu修改）。

CLHLock 和MCSLock 则是两种类型相似的公平锁，采用链表的形式进行排序，

01	importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;

02

03	public class CLHLock {

04	public static class CLHNode {

05	private volatile boolean isLocked = true;

06

}

07

08	@SuppressWarnings("unused")

09	private volatileCLHNode                                           tail;

10	private static finalThreadLocal<CLHNode>                          LOCAL   = new ThreadLocal<CLHNode>();

11	private static finalAtomicReferenceFieldUpdater<CLHLock, CLHNode> UPDATER = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(CLHLock.class,

12	CLHNode.class,"tail");

13

14	public void lock() {

15	CLHNode node = new CLHNode();

16	LOCAL.set(node);

17	CLHNode preNode = UPDATER.getAndSet(this, node);

18	if (preNode != null) {

19	while (preNode.isLocked) {

20

}

21	preNode = null;

22	LOCAL.set(node);

23

}

24

}

25

26	public void unlock() {

27	CLHNode node = LOCAL.get();

28	if (!UPDATER.compareAndSet(this, node,null)) {

29	node.isLocked = false;

30

}

31	node = null;

32

}

33

}

CLHlock是不停的查询前驱变量， 导致不适合在NUMA 架构下使用（在这种结构下，每个线程分布在不同的物理内存区域）

MCSLock则是对本地变量的节点进行循环。不存在CLHlock 的问题。

01	importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;

02

03	public class MCSLock {

04	public static class MCSNode {

05	volatile MCSNode next;

06	volatile boolean isLocked = true;

07

}

08

09	private static finalThreadLocal<MCSNode>                          NODE    = new ThreadLocal<MCSNode>();

10	@SuppressWarnings("unused")

11	private volatileMCSNode                                           queue;

12	private static finalAtomicReferenceFieldUpdater<MCSLock, MCSNode> UPDATER = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(MCSLock.class,

13	MCSNode.class,"queue");

14

15	public void lock() {

16	MCSNode currentNode = new MCSNode();

17	NODE.set(currentNode);

18	MCSNode preNode = UPDATER.getAndSet(this, currentNode);

19	if (preNode != null) {

20	preNode.next = currentNode;

21	while (currentNode.isLocked) {

22

23

}

24

}

25

}

26

27	public void unlock() {

28	MCSNode currentNode = NODE.get();

29	if (currentNode.next == null) {

30	if (UPDATER.compareAndSet(this, currentNode, null)) {

31

32

} else {

33	while (currentNode.next == null) {

34

}

35

}

36

} else {

37	currentNode.next.isLocked = false;

38	currentNode.next = null;

39

}

40

}

41

}

从代码上 看，CLH 要比 MCS 更简单，

CLH 的队列是隐式的队列，没有真实的后继结点属性。

MCS 的队列是显式的队列，有真实的后继结点属性。

JUC ReentrantLock 默认内部使用的锁 即是 CLH锁（有很多改进的地方，将自旋锁换成了阻塞锁等等）。

Java锁的种类以及辨析（三）：阻塞锁

锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利，但是锁的具体性质以及类型却很少被提及。本系列文章将分析JAVA下常见的锁名称以及特性，为大家答疑解惑。

三、阻塞锁：

阻塞锁，与自旋锁不同，改变了线程的运行状态。
在JAVA环境中，线程Thread有如下几个状态：

1，新建状态

2，就绪状态

3，运行状态

4，阻塞状态

5，死亡状态

阻塞锁，可以说是让线程进入阻塞状态进行等待，当获得相应的信号（唤醒，时间） 时，才可以进入线程的准备就绪状态，准备就绪状态的所有线程，通过竞争，进入运行状态。
JAVA中，能够进入\退出、阻塞状态或包含阻塞锁的方法有 ，synchronized 关键字（其中的重量锁），ReentrantLock，Object.wait()\notify(),LockSupport.park()/unpart()(j.u.c经常使用)

下面是一个JAVA 阻塞锁实例

01	package lock;

02

03	importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;

04	import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

05

06	public class CLHLock1 {

07	public static class CLHNode {

08	private volatile Thread isLocked;

09

}

10

11	@SuppressWarnings("unused")

12	private volatileCLHNode                                            tail;

13	private static finalThreadLocal<CLHNode>                           LOCAL   = new ThreadLocal<CLHNode>();

14	private static finalAtomicReferenceFieldUpdater<CLHLock1, CLHNode> UPDATER = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(CLHLock1.class,

15	CLHNode.class,"tail");

16

17	public void lock() {

18	CLHNode node = new CLHNode();

19	LOCAL.set(node);

20	CLHNode preNode = UPDATER.getAndSet(this, node);

21	if (preNode != null) {

22	preNode.isLocked = Thread.currentThread();

23	LockSupport.park(this);

24	preNode = null;

25	LOCAL.set(node);

26

}

27

}

28

29	public void unlock() {

30	CLHNode node = LOCAL.get();

31	if (!UPDATER.compareAndSet(this, node,null)) {

32	System.out.println("unlock\t" + node.isLocked.getName());

33	LockSupport.unpark(node.isLocked);

34

}

35	node = null;

36

}

37

}

在这里我们使用了LockSupport.unpark()的阻塞锁。 该例子是将CLH锁修改而成。

阻塞锁的优势在于，阻塞的线程不会占用cpu时间， 不会导致 CPu占用率过高，但进入时间以及恢复时间都要比自旋锁略慢。

在竞争激烈的情况下 阻塞锁的性能要明显高于 自旋锁。

理想的情况则是; 在线程竞争不激烈的情况下，使用自旋锁，竞争激烈的情况下使用，阻塞锁。

Java锁的种类以及辨析（四）：可重入锁

锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利，但是锁的具体性质以及类型却很少被提及。本系列文章将分析JAVA下常见的锁名称以及特性，为大家答疑解惑。

四、可重入锁：

本文里面讲的是广义上的可重入锁，而不是单指JAVA下的ReentrantLock。

可重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。
在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁

下面是使用实例

01	public class Test implements Runnable{

02

03	public synchronized void get(){

04	System.out.println(Thread.currentThread().getId());

05

set();

06

}

07

08	public synchronized void set(){

09	System.out.println(Thread.currentThread().getId());

10

}

11

12

@Override

13	public void run() {

14

get();

15

}

16	public static void main(String[] args) {

17	Test ss=new Test();

18	new Thread(ss).start();

19	new Thread(ss).start();

20	new Thread(ss).start();

21

}

22

}

01	public class Test implements Runnable {

02	ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

03

04	public void get() {

05	lock.lock();

06	System.out.println(Thread.currentThread().getId());

07

set();

08	lock.unlock();

09

}

10

11	public void set() {

12	lock.lock();

13	System.out.println(Thread.currentThread().getId());

14	lock.unlock();

15

}

16

17

@Override

18	public void run() {

19

get();

20

}

21

22	public static void main(String[] args) {

23	Test ss = new Test();

24	new Thread(ss).start();

25	new Thread(ss).start();

26	new Thread(ss).start();

27

}

28

}

两个例子最后的结果都是正确的，即 同一个线程id被连续输出两次。

结果如下：

Threadid: 8
Threadid: 8
Threadid: 10
Threadid: 10
Threadid: 9
Threadid: 9

可重入锁最大的作用是避免死锁
我们以自旋锁作为例子，

01	public class SpinLock {

02	private AtomicReference<Thread> owner =newAtomicReference<>();

03	public void lock(){

04	Thread current = Thread.currentThread();

05	while(!owner.compareAndSet(null, current)){

06

}

07

}

08	public void unlock (){

09	Thread current = Thread.currentThread();

10	owner.compareAndSet(current, null);

11

}

12

}

对于自旋锁来说，
1、若有同一线程两调用lock() ，会导致第二次调用lock位置进行自旋，产生了死锁
说明这个锁并不是可重入的。（在lock函数内，应验证线程是否为已经获得锁的线程）
2、若1问题已经解决，当unlock（）第一次调用时，就已经将锁释放了。实际上不应释放锁。
（采用计数次进行统计）
修改之后，如下：

01	public class SpinLock1 {

02	private AtomicReference<Thread> owner =newAtomicReference<>();

03	private int count =0;

04	public void lock(){

05	Thread current = Thread.currentThread();

06	if(current==owner.get()) {

07

count++;

08

return ;

09

}

10

11	while(!owner.compareAndSet(null, current)){

12

13

}

14

}

15	public void unlock (){

16	Thread current = Thread.currentThread();

17	if(current==owner.get()){

18	if(count!=0){

19

count--;

20

}else{

21	owner.compareAndSet(current,null);

22

}

23

24

}

25

26

}

27

}

该自旋锁即为可重入锁。

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