在早之前的版本中,synchronized一直被冠以性能消耗高,十分重的标签,并且给他取名为重量级锁,不过在jdk1.6后对synchronized进行了一波优化,使他变得并没有那么重了,以至于现在我们可以使用synchronized而不用特别担心它的性能消耗问题
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## synchronized锁的优化
首先我们做一个最简单的比喻,我们把被锁锁住的代码比喻为一个房间,房间的钥匙只有一把, 每一个进入代码块的线程表示进入这个屋子的人,这个房间有一个管理员,从管理员那边要钥匙的过程,就是获取锁的过程.
### 偏向锁
在第一个人A进入房间以后,管理员没有把钥匙收起来,而是把钥匙放在门框上,并且告诉这个人,以后只要是你来直接开门就好,这样如果一直这个A使用这个房间,那么他就不需要每次都向管理员拿钥匙,直接去门框上取钥匙就好了,这就是偏向锁.
偏向锁,顾名思义是偏向某一个线程的锁,jdk的开发人员发现,虽然使用人员对这块代码加了锁,但是大部分时间还是单独的一个线程来访问,如果此时每次还要手动获取锁,那么对性能的消耗也是极大的.
所以在该某个线程第一次成功锁时,会在对象头和线程的栈帧中的锁记录中存储所偏向的线程id,如果下一次还是该线程获取锁,则不需要进行cas操作来加锁和解锁,大大减少了性能的消耗.
偏向锁只能在有且只有一个线程获取锁时生效,如果有第二个线程想要获取锁,那么偏向锁就会膨胀为轻量级锁
### 轻量级锁
我们继续使用上面的比喻,如果此时来了一个B也要进入该房间,他发现该房间已经被开过了,那么他就去门框上找钥匙,如果找到了钥匙,那么他也不需要去找管理员,直接用钥匙开门就好,也省下了跟管理员交互的开销.
轻量级锁是相对于重量级锁而言,轻量级锁不需要申请互斥量,只需要将markwork中的部分字节CAS更新指向线程的id,如果更新成功则表示已经成功的获取了锁,否则说明已经有线程获取了轻量级锁,发生了锁竞争,轻量级锁开始自旋.
### 自旋锁与自适应自旋锁
比喻继续,在B使用房间期间,A也来了想进入房间,他来了以后发现钥匙不在门框上,此时他没有直接去找管理员,而是在门口转悠了几圈,如果此时B使用完了房间,那么A则可以继续使用,如果B好半天还不出来,或者此时又来了一个C,那么A就去找管理员排队(膨胀为重量级锁)
自旋锁是轻量级锁在锁膨胀前做的最后一次挣扎,因为有的代码即便加了锁,但是执行效率很快,或者竞争率很低,竞争的线程没有必要阻塞掉,只需要自我循环(例如for循环)等待很短的时间,上一个线程就把锁释放了,在1.5中jdk设置自旋锁为自旋十次,在1.6中优化为自适应的自旋锁,可以根据加锁的代码来决定要自选几次. 如果自旋超过一定次数,或者此时有第三个线程来竞争该锁时,锁膨胀为重量级锁
### 重量级锁
synchronized的具体实现如下图
Jvm每次从队列中取出一个线程来用于锁竞争候选者即竞争线程.但是并发情况下,尾部list会被大量的并发线程的访问为了降低竞争,提高获取线程的速度,JVM将竞争的list拆为了两份,获取竞争线程时只从头部获取,而新进入的竞争线程则被放到尾部.提高了竞争时的效率.当Owner线程在unlock时会将尾部线程的部分线程迁移到头部线程中,并且制定头部线程的某一个线程作为竞争线程,但是并没有直接将锁交给竞争线程,而是让竞争线程自己来获取锁,这样做虽然会牺牲公平性,但是会极大的提升系统的吞吐量.
synchronized是非公平锁.当线程在进入尾部队列之前,会尝试着先自旋获取锁,如果获取失败才选择进入尾部队列.
## 其他锁名词的解释
### 公平锁和非公平锁
顾名思义 公平锁即为先进队列的先获取锁,十分公平,而非公平锁则像synchronized一样很有可能不进入队列,直接获取锁,插队进入.
### 乐观锁与悲观锁
乐观锁是一种乐观思想,认为读多写少,遇到并发写的可能性比较低,每次获取数据不回家所,在更新时根据版本号判断此间是否有别人更改过数据,如果有人更改了数据,则重复读--比较--写的操作
悲观锁则是悲观思想 认为写多读少 每次拿数据都会上锁,其他读的数据都会阻塞知道拿到锁
### 可重入锁
可重入锁又名递归锁,是指同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入该线程的内层方法会自动获取锁(前提是锁的是同一个对象或者class),不会因为之前已经获取过还没有释放锁而阻塞,Java中synchronized和ReentrantLock都是可重入锁在某些情况下可以避免死锁
那么可重入锁是怎么实现的呢,首先可重入锁和非可重入锁都继承父类AQS,AQS具体实现会单开一章来讲,在其父类中维护一个同步状态status来计数冲入次数,status初始为0,当线程获取锁时则status+1
可重入锁与非可重入锁的区别在于,可重入锁在status!=0时会检测该线程是否获取过该对象的锁,如果获取过则将status再+1,释放是也是一层层的释放直到status=0
而非可重入锁不管是谁获取的锁,只要该status不等于0 那么不可重入锁就会阻塞,如果是该线程自己获取了该锁并且没有超时时间的活,则构成了死锁
### 独占锁与共享锁
独占锁是指该锁一次只能被一个线程来使用,共享锁则可以被多个线程来持有.
### 互斥锁与读写锁
上面说的独占锁与共享锁是一种广义的概念,而互斥锁与读写锁则是具体的实现
在Java中互斥锁的具体实现为ReentrantLock,而读写锁的具体时间为ReadWriteLock
互斥锁任何时刻只有一个线程可以获取,而读写锁在读读的时候可以并发执行,而读写,写写则是互斥的
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