簡單了解synchronized和lock的區(qū)別

這篇文章主要介紹了簡單了解synchronized和lock的區(qū)別,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

1.Lock

Lock的幾個(gè)方法

• lock() 獲取鎖
• unlock() 釋放鎖
• trylock() 獲得鎖的狀態(tài)，返回true和false
• tryLock(long time,TimeUnit unit) 比tryLock加了時(shí)間期限
• lockInterruptibly()

2. synchronized

3.樂觀鎖和悲觀鎖

樂觀鎖（ Optimistic Locking ）

相對(duì)悲觀鎖而言，樂觀鎖機(jī)制采取了更加寬松的加鎖機(jī)制。悲觀鎖大多數(shù)情況下依靠數(shù)據(jù)庫的鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)，以保證操作最大程度的獨(dú)占性。但隨之而來的就是數(shù)據(jù)庫性能的大量開銷，特別是對(duì)長事務(wù)而言，這樣的開銷往往無法承受。而樂觀鎖機(jī)制在一定程度上解決了這個(gè)問題。樂觀鎖，大多是基于數(shù)據(jù)版本（ Version ）記錄機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

何謂數(shù)據(jù)版本？即為數(shù)據(jù)增加一個(gè)版本標(biāo)識(shí)，在基于數(shù)據(jù)庫表的版本解決方案中，一般是通過為數(shù)據(jù)庫表增加一個(gè) “version” 字段來實(shí)現(xiàn)。讀取出數(shù)據(jù)時(shí)，將此版本號(hào)一同讀出，之后更新時(shí)，對(duì)此版本號(hào)加一。此時(shí)，將提交數(shù)據(jù)的版本數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫表對(duì)應(yīng)記錄的當(dāng)前版本信息進(jìn)行比對(duì)，如果提交的數(shù)據(jù)版本號(hào)大于數(shù)據(jù)庫表當(dāng)前版本號(hào)，則予以更新，否則認(rèn)為是過期數(shù)據(jù)。

悲觀鎖（Pessimistic Lock）

正如其名，具有強(qiáng)烈的獨(dú)占和排他特性。它指的是對(duì)數(shù)據(jù)被外界（包括本系統(tǒng)當(dāng)前的其他事務(wù)，以及來自外部系統(tǒng)的事務(wù)處理）修改持保守態(tài)度，因此，在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程中，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)。悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)，往往依靠數(shù)據(jù)庫提供的鎖機(jī)制（也只有數(shù)據(jù)庫層提供的鎖機(jī)制才能真正保證數(shù)據(jù)訪問的排他性，否則，即使在本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了加鎖機(jī)制，也無法保證外部系統(tǒng)不會(huì)修改數(shù)據(jù)）。

悲觀鎖（適合多寫場景）

總是假設(shè)最壞的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖，這樣別人想拿這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)阻塞直到它拿到鎖（共享資源每次只給一個(gè)線程使用，其它線程阻塞，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其它線程）。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖。Java中synchronized和ReentrantLock等獨(dú)占鎖就是悲觀鎖思想的實(shí)現(xiàn)

樂觀鎖（適合多讀場景）

總是假設(shè)最好的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改，所以不會(huì)上鎖，但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)，可以使用版本號(hào)機(jī)制和CAS算法實(shí)現(xiàn)。樂觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類型，這樣可以提高吞吐量，像數(shù)據(jù)庫提供的類似于write_condition機(jī)制，其實(shí)都是提供的樂觀鎖。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子變量類就是使用了樂觀鎖的一種實(shí)現(xiàn)方式CAS實(shí)現(xiàn)的。（compare and swap）

樂觀鎖的缺點(diǎn)

• ABA問題
• 循環(huán)時(shí)間長開銷大
• 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作

4.Java線程阻塞的代價(jià)

java的線程是映射到操作系統(tǒng)原生線程之上的，如果要阻塞或喚醒一個(gè)線程就需要操作系統(tǒng)介入，需要在戶態(tài)與核心態(tài)之間切換，這種切換會(huì)消耗大量的系統(tǒng)資源，因?yàn)橛脩魬B(tài)與內(nèi)核態(tài)都有各自專用的內(nèi)存空間，專用的寄存器等，用戶態(tài)切換至內(nèi)核態(tài)需要傳遞給許多變量、參數(shù)給內(nèi)核，內(nèi)核也需要保護(hù)好用戶態(tài)在切換時(shí)的一些寄存器值、變量等，以便內(nèi)核態(tài)調(diào)用結(jié)束后切換回用戶態(tài)繼續(xù)工作。

如果線程狀態(tài)切換是一個(gè)高頻操作時(shí)，這將會(huì)消耗很多CPU處理時(shí)間；

如果對(duì)于那些需要同步的簡單的代碼塊，獲取鎖掛起操作消耗的時(shí)間比用戶代碼執(zhí)行的時(shí)間還要長，這種同步策略顯然非常糟糕的。

synchronized會(huì)導(dǎo)致爭用不到鎖的線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，所以說它是java語言中一個(gè)重量級(jí)的同步操縱，被稱為重量級(jí)鎖，為了緩解上述性能問題，JVM從1.5開始，引入了輕量鎖與偏向鎖，默認(rèn)啟用了自旋鎖，他們都屬于樂觀鎖。

5.重量級(jí)鎖和輕量級(jí)鎖

1. 自旋鎖

自旋鎖原理非常簡單，如果持有鎖的線程能在很短時(shí)間內(nèi)釋放鎖資源，那么那些等待競爭鎖的線程就不需要做內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間的切換進(jìn)入阻塞掛起狀態(tài)，它們只需要等一等（自旋），等持有鎖的線程釋放鎖后即可立即獲取鎖，這樣就避免用戶線程和內(nèi)核的切換的消耗。

但是線程自旋是需要消耗cup的，說白了就是讓cup在做無用功，如果一直獲取不到鎖，那線程也不能一直占用cup自旋做無用功，所以需要設(shè)定一個(gè)自旋等待的最大時(shí)間。

如果持有鎖的線程執(zhí)行的時(shí)間超過自旋等待的最大時(shí)間扔沒有釋放鎖，就會(huì)導(dǎo)致其它爭用鎖的線程在最大等待時(shí)間內(nèi)還是獲取不到鎖，這時(shí)爭用線程會(huì)停止自旋進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

自旋鎖的優(yōu)缺點(diǎn)

自旋鎖盡可能的減少線程的阻塞，這對(duì)于鎖的競爭不激烈，且占用鎖時(shí)間非常短的代碼塊來說性能能大幅度的提升，因?yàn)樽孕南臅?huì)小于線程阻塞掛起再喚醒的操作的消耗，這些操作會(huì)導(dǎo)致線程發(fā)生兩次上下文切換！

但是如果鎖的競爭激烈，或者持有鎖的線程需要長時(shí)間占用鎖執(zhí)行同步塊，這時(shí)候就不適合使用自旋鎖了，因?yàn)樽孕i在獲取鎖前一直都是占用cpu做無用功，占著XX不XX，同時(shí)有大量線程在競爭一個(gè)鎖，會(huì)導(dǎo)致獲取鎖的時(shí)間很長，線程自旋的消耗大于線程阻塞掛起操作的消耗，其它需要cup的線程又不能獲取到cpu，造成cpu的浪費(fèi)。所以這種情況下我們要關(guān)閉自旋鎖；

自旋鎖時(shí)間閾值

自旋鎖的目的是為了占著CPU的資源不釋放，等到獲取到鎖立即進(jìn)行處理。但是如何去選擇自旋的執(zhí)行時(shí)間呢？如果自旋執(zhí)行時(shí)間太長，會(huì)有大量的線程處于自旋狀態(tài)占用CPU資源，進(jìn)而會(huì)影響整體系統(tǒng)的性能。因此自旋的周期選的額外重要！

JVM對(duì)于自旋周期的選擇，jdk1.5這個(gè)限度是一定的寫死的，在1.6引入了適應(yīng)性自旋鎖，適應(yīng)性自旋鎖意味著自旋的時(shí)間不在是固定的了，而是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間以及鎖的擁有者的狀態(tài)來決定，基本認(rèn)為一個(gè)線程上下文切換的時(shí)間是最佳的一個(gè)時(shí)間，同時(shí)JVM還針對(duì)當(dāng)前CPU的負(fù)荷情況做了較多的優(yōu)化

• 如果平均負(fù)載小于CPUs則一直自旋
• 如果有超過(CPUs/2)個(gè)線程正在自旋，則后來線程直接阻塞
• 如果正在自旋的線程發(fā)現(xiàn)Owner發(fā)生了變化則延遲自旋時(shí)間（自旋計(jì)數(shù)）或進(jìn)入阻塞
• 如果CPU處于節(jié)電模式則停止自旋
• 自旋時(shí)間的最壞情況是CPU的存儲(chǔ)延遲（CPU A存儲(chǔ)了一個(gè)數(shù)據(jù)，到CPU B得知這個(gè)數(shù)據(jù)直接的時(shí)間差）
• 自旋時(shí)會(huì)適當(dāng)放棄線程優(yōu)先級(jí)之間的差異

自旋鎖的開啟

JDK1.7后，去掉此參數(shù)，由jvm控制

2.重量級(jí)鎖（synchronized）

synchronized的作用

• 作用與方法時(shí)，鎖住的是對(duì)象的實(shí)例
• 當(dāng)作用于靜態(tài)方法時(shí)，鎖住的是Class實(shí)例，又因?yàn)镃lass的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在永久帶PermGen（jdk1.8則metaspace），永久帶是全局共享的，因此靜態(tài)方法鎖相當(dāng)于類的一個(gè)全局鎖，會(huì)鎖所有調(diào)用該方法的線程
• synchronized作用于一個(gè)對(duì)象實(shí)例時(shí)，鎖住的是所有以該對(duì)象為鎖的代碼塊

synchronized的實(shí)現(xiàn)

3.偏向鎖

Java偏向鎖(Biased Locking)是Java6引入的一項(xiàng)多線程優(yōu)化。

偏向鎖，顧名思義，它會(huì)偏向于第一個(gè)訪問鎖的線程，如果在運(yùn)行過程中，同步鎖只有一個(gè)線程訪問，不存在多線程爭用的情況，則線程是不需要觸發(fā)同步的，這種情況下，就會(huì)給線程加一個(gè)偏向鎖。

如果在運(yùn)行過程中，遇到了其他線程搶占鎖，則持有偏向鎖的線程會(huì)被掛起，JVM會(huì)消除它身上的偏向鎖，將鎖恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)的輕量級(jí)鎖。

4.輕量級(jí)鎖

輕量級(jí)鎖是由偏向所升級(jí)來的，偏向鎖運(yùn)行在一個(gè)線程進(jìn)入同步塊的情況下，當(dāng)?shù)诙€(gè)線程加入鎖爭用的時(shí)候，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖；

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