锁策略之干货分享，确定不进来看看吗？️️️

🌈🌈🌈今天给大家分享的是关于锁策略方面的基础知识。

清风的CSDN博客

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前言

一、常见的锁策略

1.1 乐观锁 vs 悲观锁

1.2 读写锁

1.3 重量级锁 vs 轻量级锁

1.4 自旋锁

1.5 公平锁 vs 非公平锁

1.6 可重入锁 vs 不可重入锁

二、锁策略常见问题

2.1 理解乐观锁和悲观锁的以及具体实现

2.2 读写锁的基本介绍

2.3 关于自旋锁

2.4 synchronized 是否是可重入锁

前言

在正式开始了解 synchronized 之前，需要先理解一些关于锁策略的基本知识，了解乐观锁、悲观锁、公平锁、非公平锁、可重入锁、不可重入锁的一些基本概念。

一、常见的锁策略

1.1 乐观锁 vs 悲观锁

乐观锁 ：假设数据一般情况下不会产生并发冲突，所以在数据进行提交更新的时候，才会正式对数据是否产生并发冲突进行检测，如果发现并发冲突了，则让返回用户错误的信息，让用户决定如何去做。

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。

简言之，乐观锁就是预测某场景中，不太会出现锁冲突的情况；悲观锁就是预测某场景中非常容易出现锁冲突。

举个例子 : 同学 A 和同学 B 想请教老师一个问题 .

同学 A 认为 " 老师是比较忙的 , 我来问问题 , 老师不一定有空解答 "。因此同学 A 会先给老师发消息 : " 老师，你忙嘛? 我下午两点能来找你问个问题嘛 ?" ( 相当于加锁操作 ) 得到肯定的答复之后 , 才会真的来问问题。如果得到了否定的答复, 那就等一段时间 , 下次再来和老师确定时间。这个是悲观锁 .

同学 B 认为 " 老师是比较闲的 , 我来问问题 , 老师大概率是有空解答的 "。因此同学 B 直接就来找老师。 ( 没加锁, 直接访问资源 ) 如果老师确实比较闲 , 那么直接问题就解决了 . 如果老师这会确实很忙 , 那么同学 B 也不会打扰老师, 就下次再来 ( 虽然没加锁 , 但是能识别出数据访问冲突 )。这个是乐观锁。

这两种思路不能说谁优谁劣, 而是看当前的场景是否合适。
如果当前老师确实比较忙, 那么使用悲观锁的策略更合适, 使用乐观锁会导致 "白跑很多趟", 耗费额外的资源。
如果当前老师确实比较闲, 那么使用乐观锁的策略更合适, 使用悲观锁会让效率比较低。

Synchronized 初始使用乐观锁策略，当发现锁竞争比较频繁的时候, 就会自动切换成悲观锁策略。

就好比同学 C 开始认为 "老师比较闲的", 问问题都会直接去找老师。但是直接来找两次老师之后, 发现老师都挺忙的, 于是下次再来问问题, 就先发个消息问问老师忙不忙, 再决定是否来问问题。

乐观锁的一个重要功能就是要检测出数据是否发生访问冲突，我们可以引入一个 "版本号" 来解决

假设我们需要多线程修改 "用户账户余额"。

设当前余额为 100，引入一个版本号 version, 初始值为 1，并且我们规定 "提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新余额。

1) 线程 A 此时准备将其读出（ version=1, balance=100 ），线程 B 也读入此信息（ version=1,

balance=100 ）

2) 线程 A 操作的过程中从其帐户余额中扣除 50（ 100-50 ），线程 B 从其帐户余额中扣除 20

（ 100-20 ）

3) 线程 A 完成修改工作，将数据版本号加1（ version=2 ），连同帐户扣除后余额（ balance=50

），写回到内存中

4) 线程 B 完成了操作，也将版本号加1（ version=2 ）试图向内存中提交数据（ balance=80

），但此时比对版本发现，线程 B 提交的数据版本号为 2 ，数据库记录的当前版本也为 2 ，不

满足 “提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新“ 的乐观锁策略。就认为这次操作失败

1.2 读写锁

多线程之间，数据的读取方之间不会产生线程安全问题，但数据的写入方互相之间以及和读取之间都需要进行互斥。如果两种场景下都用同一个锁，就会产生极大的性能损耗。所以读写锁因此而产生。

读写锁 ：在执行加锁操作时需要额外表明读写意图，读取操作之间并不互斥，而写入操作则要求与任何操作互斥。

一个线程对于数据的访问 , 主要存在两种操作 : 读数据 和 写数据

两个线程都只是读一个数据, 此时并没有线程安全问题，直接并发的读取即可
两个线程都要写一个数据, 有线程安全问题
一个线程读另外一个线程写, 也有线程安全问题

读写锁就是把读操作和写操作区分对待。Java 标准库提供了 ReentrantReadWriteLock 类, 实现了读写锁。

ReentrantReadWriteLock.ReadLock 类表示一个读锁. 这个对象提供了 lock / unlock 方法进行加锁解锁
ReentrantReadWriteLock.WriteLock 类表示一个写锁. 这个对象也提供了 lock / unlock 方法进行加锁解锁

其中：

读加锁和读加锁之间, 不互斥
写加锁和写加锁之间, 互斥
读加锁和写加锁之间, 互斥

读写锁特别适合于 "频繁读, 不频繁写" 的场景中。

Synchronized 不是读写锁。

1.3 重量级锁 vs 轻量级锁

锁的核心特性 "原子性", 这样的机制追根溯源是 CPU 这样的硬件设备提供的：

CPU 提供了 "原子操作指令"
操作系统基于 CPU 的原子指令, 实现了 mutex 互斥锁
JVM 基于操作系统提供的互斥锁, 实现了 synchronized 和 ReentrantLock 等关键字和类

注意：

synchronized 并不仅仅是对 mutex 进行封装, 在 synchronized 内部还做了很多其他的工作

重量级锁: 加锁机制重度依赖了 OS 提供了 mutex

大量的内核态用户态切换
很容易引发线程的调度

简言之，重量级锁就是：加锁开销比较大，花的时间多，占用系统资源多。（一个悲观锁，很可能是重量级锁）。

轻量级锁就是：加锁开销比较小，花的时间小，占用系统资源少。（一个乐观锁，很可能是轻量级锁）。

这两个操作, 成本比较高，一旦涉及到用户态和内核态的切换, 就意味着 "沧海桑田" 。

轻量级锁: 加锁机制尽可能不使用 mutex, 而是尽量在用户态代码完成，实在搞不定了, 再使用 mutex。

少量的内核态用户态切换
不太容易引发线程调度

理解用户态 vs 内核态：

想象去银行办业务，在窗口外, 自己办理相关业务, 这是用户态，用户态的时间成本是比较可控的。在窗口内, 工作人员做, 这是内核态，内核态的时间成本是不太可控的。如果办业务的时候反复和工作人员沟通, 还需要重新排队, 这时效率是很低的。

synchronized 开始是一个轻量级锁， 如果锁冲突比较严重, 就会变成重量级锁。

1.4 自旋锁

线程在抢锁失败后进入阻塞状态，放弃 CPU ，需要过很久才能再次被调度。但实际上, 大部分情况下，虽然当前抢锁失败，但过不了很久，锁就会被释放。没必要就放弃 CPU，这个时候就可以使用自旋锁来处理这样的问题。

自旋锁伪代码 :

while (抢锁(lock) == 失败) {}

如果获取锁失败 , 立即再尝试获取锁 , 无限循环 , 直到获取到锁为止。第一次获取锁失败 , 第二次的尝试会在极短的时间内到来。一旦锁被其他线程释放 , 就能第一时间获取到锁。

理解自旋锁 vs 挂起等待锁

想象一下, 去追求一个女神，当男生向女神表白后, 女神说: 你是个好人, 但是我有男朋友了~~

挂起等待锁 : 在发现女神已经有男朋友之后，(锁被占用了)，就不再继续死缠烂打了.... 过了很久很久之后, 突然了解到女神单身了，才会继续联系女神。 (注意, 这个很长的时间间隔里, 女神可能已经换了好几个男票了)。

自旋锁: 死皮赖脸坚韧不拔. 仍然每天持续的和女神说早安晚安，一旦女神和上一任分手, 那么就能立刻抓住机会上位。

自旋锁是一种典型的轻量级锁的实现方式：

优点: 没有放弃 CPU, 不涉及线程阻塞和调度, 一旦锁被释放, 就能第一时间获取到锁。
缺点: 如果锁被其他线程持有的时间比较久, 那么就会持续的消耗 CPU 资源。 (而挂起等待的时候是不消耗 CPU 的)。

synchronized 中的轻量级锁策略大概率就是通过自旋锁的方式实现的。

1.5 公平锁 vs 非公平锁

假设三个线程 A, B, C。A 先尝试获取锁, 获取成功。然后 B 再尝试获取锁, 获取失败, 阻塞等待; 然后 C 也尝试获取锁, C 也获取失败, 也阻塞等待。当线程 A 释放锁的时候, 会发生啥呢?

公平锁: 遵守 "先来后到"。B 比 C 先来的，当 A 释放锁的之后, B 就能先于 C 获取到锁。

非公平锁 : 不遵守 " 先来后到 "。B 和 C 都有可能获取到锁。

注意:

操作系统内部的线程调度就可以视为是随机的。如果不做任何额外的限制, 锁就是非公平锁，如果要想实现公平锁, 就需要依赖额外的数据结构, 来记录线程们的先后顺序。
公平锁和非公平锁没有好坏之分, 关键还是看适用场景。

synchronized 是非公平锁。

1.6 可重入锁 vs 不可重入锁

可重入锁：可重入锁的字面意思是“可以重新进入的锁”，即允许同一个线程多次获取同一把锁。

比如一个递归函数里有加锁操作，递归过程中这个锁会阻塞自己吗？如果不会，那么这个锁就是 可重入 锁（因为这个原因可重入锁也叫做 递归锁 ）。Java里只要以Reentrant 开头命名的锁都是可重入锁，而且 JDK 提供的所有现成的 Lock 实现类，包括 synchronized 关键字锁都是可重入的。

不可重入锁：

理解 "把自己锁死：一个线程没有释放锁, 然后又尝试再次加锁。

// 第一次加锁, 加锁成功
lock();
// 第二次加锁, 锁已经被占用, 阻塞等待. 
lock();

按照上述对于锁的设定, 第二次加锁的时候, 就会阻塞等待。直到第一次的锁被释放, 才能获取到第二个锁。但是释放第一个锁也是由该线程来完成, 结果这个线程已经躺平了, 啥都不想干了, 也就无法进行解锁操作，这时候就会 死锁。

这样的锁称为 不可重入锁。

synchronized 是可重入锁。

二、锁策略常见问题

2.1 理解乐观锁和悲观锁的以及具体实现

悲观锁认为多个线程访问同一个共享变量冲突的概率较大, 会在每次访问共享变量之前都去真正加锁。

乐观锁认为多个线程访问同一个共享变量冲突的概率不大，并不会真的加锁, 而是直接尝试访问数据。在访问的同时识别当前的数据是否出现访问冲突。

悲观锁的实现就是先加锁(比如借助操作系统提供的 mutex), 获取到锁再操作数据，获取不到锁就等待。

乐观锁的实现可以引入一个版本号，借助版本号识别出当前的数据访问是否冲突。

2.2 读写锁的基本介绍

读写锁就是把读操作和写操作分别进行加锁
读锁和读锁之间不互斥
写锁和写锁之间互斥
写锁和读锁之间互斥
读写锁最主要用在 "频繁读, 不频繁写" 的场景中

2.3 关于自旋锁

如果获取锁失败, 立即再尝试获取锁, 无限循环, 直到获取到锁为止，第一次获取锁失败, 第二次的尝试会在极短的时间内到来。一旦锁被其他线程释放, 就能第一时间获取到锁。

相比于挂起等待锁：

优点：没有放弃 CPU 资源, 一旦锁被释放就能第一时间获取到锁, 更高效。在锁持有时间比较短的场景下非常有用。
缺点: 如果锁的持有时间较长, 就会浪费 CPU 资源