系列文章目录

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前言
一、六大"有锁策略"
- 1. 乐观锁——悲观锁
- 2. 轻量级锁——重量级锁
- 3. 自旋锁——挂起等待锁
- 4. 互斥锁——读写锁
- 5. 可重入锁——不可重入锁
- 6. 公平锁——非公平锁
二、Synchronized——ReentrantLock
- Synchronized的特点（JDK1.8）
- Synchronized的锁升级策略
- ReentrantLock的特点
- Synchronized和ReentranLock对比
三、锁消除——锁粗化

前言

阅读该文章之前要了解，锁策略是为了解决什么问题

多线程带来的的风险-线程安全的问题的简单实例-线程不安全的原因

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、六大"有锁策略"

锁冲突是指两个线程对一个对象加锁，产生了阻塞等待。

1. 乐观锁——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。
预测接下来的锁冲突不大（一般消耗的资源少，效率高点）

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。
预测接下来的锁冲突很大（一般消耗的资源多，效率低点）

举个例子

大学里的期末的最后一门考试结束后，当天，辅导员就会通知假期就开始了，大家可以离校了。

同学A（乐观锁）认为：反正，每次都是考试完，就可以直接走了，于是他就直接收拾行李，不等通知，直接当时就回家了，出现意外再说。
同学B（悲观锁）认为：万一辅导员说这次放假延迟，大家都留校等领导通知，于是他就在宿舍一直等到辅导员通知，才开始收拾行李，出发回家。

此时，在B等待的时间里，A可能已经到家了。（即A的回家效率高于B）

2. 轻量级锁——重量级锁

该文中出现的“乐观锁”“偏向锁”“等都会在后面介绍，读者不必先理解，可先大致有个印象

轻量级锁

加锁解锁，过程更快更高效
轻量级锁在Java中是一种乐观锁的方式，使用CAS（比较和交换）实现，它是通过在对象头中标记为“偏向锁”来实现的。当一个线程获得该偏向锁时，它就可以直接访问被锁定的对象，而不用执行任何额外的同步操作。如果有其他线程来访问该对象，轻量级锁就会自动退化为重量级锁。

重量级锁

加锁解锁，过程更慢更低效
重量级锁在Java中是一种悲观锁的方式，使用互斥锁（Mutex Lock）实现，它需要操作系统的支持。当有多个线程同时访问一个共享资源时，重量级锁会把其他线程阻塞，直到当前线程执行完毕，释放锁。这种方式的效率较低，因为线程的上下文切换和系统调用开销较大。

总结

轻量级锁适用于竞争不激烈的情况，而重量级锁适用于竞争激烈的情况。在实际开发中，我们需要根据具体场景选择合适的锁机制，以达到最佳的性能。
同时，乐观锁可能是轻量级锁，悲观锁可能是重量级锁（不绝对）

3. 自旋锁——挂起等待锁

自旋锁

一直占用CPU，不涉及线程阻塞和调度，持续不断的请求锁，一但锁被释放，就能立即得到，忙等
如果其他线程一直不释放锁，那它就一直持续消耗CPU资源（该代码通常是纯用户态，不会设置很长的时间）

挂起等待锁

当它发现没有锁的时候，就会进入挂起等待状态（挂机），挂起等待的时候是
不消耗 CPU的
它等待操作系统的通知唤醒，但是可能其他线程刚释放了锁，就被一直不断请求的自旋锁线程给枪走了，所以它只能继续等待，具体拿到锁的时机，还得听从操作系统的安排（该锁一般是内核机制，可能会等待较长的时间）

对照前文

自旋锁是轻量级锁的一种典型实现
挂起等待锁是重量级锁的一种典型实现

4. 互斥锁——读写锁

互斥锁（例如：synchronized）

只有两个操作：

进入代码块，给该代码块加锁。
出代码块，解锁该带代码块。
互斥锁常用于保护共享数据结构的访问，如队列、链表、散列表等。需要注意的是，互斥锁使用不当可能会带来锁竞争、死锁等问题，

读写锁（例如：ReentrantReadWriteLock）

给读操作加锁。（读锁，是一种共享锁，可被多个线程同时拥有。当读锁被占用时，其他读锁可以继续被占用。共享性。）
给写操作加锁。（写锁，写锁是一种排他锁，只能被一个线程占用，当写锁被占用时，其他任何锁都不能被占用。原子性。）
解锁。
多个线程同时读取一个变量，不会涉及到线程安全问题。读写锁适用于对共享资源的读操作频繁，写操作较少的情况，如高并发读，比如缓存、数据维护等。读写锁可以提高读取效率，避免了互斥锁的性能开销。同时，写操作的排他特性避免了并发写操作对共享资源的影响，保证数据的正确性和一致性。

在读锁和写锁之间，约定：

读锁和读锁之间，不会锁竞争，不会产生阻塞等待。（不会影响执行速度）
写锁和写锁之间，有锁竞争。（不会影响执行速度）
读锁和写锁之间，有锁竞争。（会影响速度，但是保证线程安全）

5. 可重入锁——不可重入锁

可重入锁，又名递归锁（例如：synchronized）

如果一个锁，在一个线程中，连续加锁两次，不死锁，就叫做可重入锁，死锁了，就叫不可重入锁。即允许同一个线程多次获取同一把锁，而不会产生死锁。
这种锁能够保证同一线程多次访问同一资源时不会发生冲突。
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。

代码示例

Object locker = new Object();
synchronized(locker) {
    synchronized(locker) {
        //连续加锁两次    
    }
}

//或者
//这也是两次加锁，针对this
class BlockingQueue {
    synchronized void put(int elem) {
        this.size();
    }
    
    synchronized int size() {}
}

不可重入锁

同一线程第二次加锁的时候, 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, 结果这个线程已经阻塞了, 也就无法进行解锁操作.。这时候就会死锁。
即在同一线程再次请求获得该锁时，会造成死锁。因为该锁只能被获得一次，并且只有获得锁的线程才能释放锁。
Linux系统提供的 mutex是不可重入锁.

6. 公平锁——非公平锁

公平锁

是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，即先到先得的策略。（公不公平是由自己对公平的定义决定，Java中定义先到先得为公平，synchronized为非公平锁，它遵循等概率竞争规则）
公平锁的优点是可以避免饥饿现象，即线程在获取锁时会受到先来先服务的原则，公平性是保证锁最大程度分配给等待时间最长的线程，缺点是其效率较低，因为需要保存大量的线程状态。

非公平锁

多个线程获取锁的顺序是不确定的，有可能后申请锁的线程先获取到锁，这种方式可能造成某些线程一直无法获取到锁。
在Java中，ReentrantLock默认就是非公平锁。与公平锁相比，非公平锁调度的效率要高，但是不公平的分配策略可能会导致某些线程一直无法获取到锁，从而产生“饥饿”的现象。
在Java中，ReentrantLock默认是非公平锁，可以通过它的构造函数改为公平锁。

二、Synchronized——ReentrantLock

Synchronized的特点（JDK1.8）

开始时是乐观锁，如果锁冲突频繁，就转换为悲观锁。
开始时轻量级锁，如果锁被持有时间较长，就转换为重量级锁。
轻量级锁大概率基于自旋实现，重量级锁大概率基于挂起等待实现。
不是读写锁。
是可重入锁。
是非公平锁。

Synchronized的锁升级策略

都是尽可能减少锁带来的的开销

在这里插入图片描述

无锁
偏向锁（非必要不加锁）

即线程对锁有个标记，没有竞争就不加锁，倘若有别的线程竞争，就立即加锁，即高效又安全

自旋锁 / 轻量级锁（遇到了锁竞争，但是目前线程较少，就让它自旋一会，说不定很快就拿到了）
重量级锁（线程竞争激烈，多个线程都在自旋，大量占用cpu资源，直接升级锁，调用系统内核阻塞等待）

主流的JVM只能锁升级，不能降级，不是实现不了，可能需要付出更大的代价,于是干脆就不降级了

ReentrantLock的特点

可重入：同一个线程可以多次获取锁，避免了死锁的发生。
公平锁和非公平锁：ReentrantLock可以通过参数指定是公平锁还是非公平锁。
条件变量：ReentrantLock可以通过维护条件变量来实现线程间的协调。
中断响应：ReentrantLock支持线程中断，即在等待锁的过程中，可以响应中断信号。
限时等待：ReentrantLock支持线程等待一定时间，如果在指定时间内还未获取到锁，就会放弃等待。

Synchronized和ReentranLock对比

ReentranLock是可重入锁，提供lock()和unlock()独立方法(即需要手动释放)，来进行加锁解锁，synchronized也是可重入锁（基于代码块的方式来控制加锁解锁），它在第二次加锁之前，会判定当前锁的拥有者是否是同一个线程，如果是，则直接放行,不必再加一次锁
synchronized是非公平的，若想要公平，需要手动加个优先级队列来记录顺序。ReentrantLock提供公平和非公平两种工作模式，默认是非公平锁, 在构造方法中传入true，开启公平锁。
synchronized搭配Object的wait和notify进行等待唤醒，如果多个线程wait()同一个对象，notify()随机唤醒一个。ReentrantLock需要搭配Condition这个类，这个类也能起到等待通知的作用，能够精准唤醒某个线程, 功能更强大。
synchronized是一个关键字, 是 JVM内部实现的(大概率是基于 C++ 实现). ReentrantLock是标准库的一个类, 在 JVM 外实现的(基于Java实现)
synchronized在申请锁失败时, 会死等. ReentrantLock可以通过 trylock()的方式等待一段时间就放弃, 不会阻塞，而是返回false（让用户自己决定后续操作)。