系统梳理一下锁

背景

有人对Java主流锁做了下面全面的梳理。梳理的确实挺好的。但是我看到这张图,第一个感觉是:记不住。

因为分了太多类,彼此之间没有什么联系。 做PPT可以。 如果聊天或者面试,不用纸笔的情况下,就不太好描述了。 也不利于对原理和应用的理解。

基于上述的考虑,我就自己系统的梳理一下锁,希望可以有助于大家理解和记忆,以至于最后在工作中得到很好的应用。

先说线程锁再说分布式锁。

线程锁

概述

这里说的线程锁是Java线程锁,从原理上各个语言应该都比较相似。有很多维度的划分方式,我比较建议的是从大面上分为乐观锁和悲观锁。

乐观锁主要是自旋+CAS的方式,比如JCU( java.util.concurrent ) 的原子类

悲观锁主要用synchronized关键字的隐式锁和基于AQS的显示锁。

上面三段总结如下:

悲观锁的实现原理

1>synchronized关键字

随着java版本升级,synchronized关键字虽然是用C++写的,但是原理和JCU包的ReentrantLock很相似。synchronized关键字有4种锁状态:无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。无锁类似于ReentrantLock的交替执行,没有并发,就不涉及锁;偏向锁类似于ReentrantLock的可重入的概念,使得已经获取到锁的线程可以多次获取锁;轻量级锁解决的问题是尽量避免线程切换,使用的方法也和ReentrantLock相似,是自旋+CAS的方式;重量级锁依赖于管程monitor来实现,和ReentrantLock一样都涉及用户态和内核态切换。

根据这个我们再来补充一下Java线程锁的思维导图:

2>基于基于AQS的显示锁

基于AQS的显示锁我之前看过一些源码。 这里面比较经典的是ReentrantLock。这是可重入锁,就是同一个线程可以反复进入加锁的线程。如果想实现不可重入锁也很简单。把可重入锁对当前线程做特殊处理的部分去掉就好了。

其他JCU下locks包里的锁比如读写锁就是将锁细化成了读锁和写锁。读锁是共享锁的实现,写锁是排他锁的实现。

ReentrantLock可以使用公平锁和非公平锁两种方式,公平锁和非公平锁各自继承了AQS。区别只是非公平锁在需要加锁时先直接尝试是否可以获取锁成功,而公平锁是先看自己是否需要排队。

下面以ReentrantLock的公平锁为例来简单聊一下AQS的源码。AQS核心是实现了CLH队列。

AQS有head、tail、持有锁的线程、状态4个主要的成员变量。

利用head!=tail就是说AQS是否未被初始化来判断是否交替执行,交替执行则不用加锁;如果需要加锁则判断是否就是当前拥有锁的线程,是的话,将进入次数+1;如果不是则判断是否需要初始化AQS,需要的话先初始化一个dummy header,再将自己加入队尾,如果是队列里dummy header的指针指向的节点,则它为先自旋判断是否可以获取锁;如果不是dummy header指针指向的节点,则使用park让出cpu。当dummy header的指针指向的节点获取到锁之后,会将head指向自己,同时将自己这个Node节点的当前线程设置为空,将自己设置为dummy header,同时将原来dummy header的指针都设置为null,使得原dummy header成为一个没有引用的节点,便于垃圾回收。

根据这个我们再来补充一下Java线程锁的思维导图:

分布式锁

不管是线程锁还是分布式锁,都实现了tryLock、lock、unlock三个方法。

tryLock的语义是非阻塞锁,尝试获取锁,成功返回true,不成功返回false;主流lock语义是阻塞锁。实现一般基于tryLock来做自旋,不成功的时候也会有像ReentrantLock一样的阻塞操作。

常见的分布式锁实现以及数据库锁的实现详见之前写的文章:《 MySQL常见6个考题在实际工作中的运用 》这里就不再赘述了。

总结

本篇文章在介绍知识点是次要的,主要是展示了总结思考的思路,希望能对读者朋友们的思考问题方法上有所帮助,仅做参考。

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