如果自始至终,对于这把锁都不存在竞争,那么其实就没必要上锁,只需要打个标记就行了,这就是偏向锁的思想。一个对象被初始化后,还没有任何线程来获取它的锁时,那么它就是可偏向的,当有第一个线程来访问它并尝试获取锁的时候,它就将这个线程记录下来,以后如果尝试获取锁的线程正是偏向锁的拥有者,就可以直接获得锁,开销很小,性能最好。
前提: 线程在执行同步块之前,JVM会现在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头的中的 Mark Word 复制到锁记录中。 线程在执行同步块之前,会在对象头和栈帧中的锁记录里存储偏向锁的线程ID
偏向锁的获取: 对象头中的 MarkWord 中的偏向锁中的线程ID是否等于当前线程id, 如果没有,则通过CAS替换 MarkWord 中的线程id,如果成功,那么继续设置偏向锁标志位(01)
偏向锁的撤销: 检查对象头中的 MarkWord 中的偏向锁中的线程ID是否等于当前线程id, 如果不是,则判断偏向锁标志位,如果没有设置,则通过CAS设置来竞争锁, 如果设置了,那么通过CAS替换 Mark word 中的 线程ID,如果不成功,那么等到全局安全点时,撤销偏向锁。
synchronized 中的代码是被多个线程交替执行的,而不是同时执行的,也就是说并不存在实际的竞争,或者是只有短时间的锁竞争,用 CAS 就可以解决,这种情况下,用完全互斥的重量级锁是没必要的。轻量级锁是指当锁原来是偏向锁的时候,被另一个线程访问,说明存在竞争,那么偏向锁就会升级为轻量级锁,线程会通过自旋的形式尝试获取锁,而不会陷入阻塞。
获取与撤销过程
前提: 线程在执行同步块之前,JVM会现在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间,并将对象头的中的 Mark Word 复制到锁记录中。 线程在执行同步块之前,会在对象头和栈帧中的锁记录里存储偏向锁的线程ID
轻量级锁的获取: 线程尝试使用CAS将对象头的 MarkWord 替换为指向锁记录的指针,如果成功,当前线程获取锁,如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自选来获取锁。
轻量级锁的撤销: 轻量级锁解锁是,会使用原子的CAS 操作将 锁记录(DisplacedMarkWord)替换回到对象头,如果成功,表示没有竞争,如果失败,表示当前线程存在锁进制,锁就会膨胀为重量级锁
重量级锁是互斥锁,它是利用操作系统的同步机制实现的,所以开销相对比较大。当多个线程直接有实际竞争,且锁竞争时间长的时候,轻量级锁不能满足需求,锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请却拿不到锁的线程进入阻塞状态。
偏向锁性能最好,可以避免执行 CAS 操作。而轻量级锁利用自旋和 CAS 避免了重量级锁带来的线程阻塞和唤醒,性能中等。重量级锁则会把获取不到锁的线程阻塞,性能最差。
可重入锁指的是线程当前已经持有这把锁了,能在不释放这把锁的情况下,再次获取这把锁。同理,不可重入锁指的是虽然线程当前持有了这把锁,但是如果想再次获取这把锁,也必须要先释放锁后才能再次尝试获取。
共享锁指的是我们同一把锁可以被多个线程同时获得,而独占锁指的就是,这把锁只能同时被一个线程获得。我们的读写锁,就最好地诠释了共享锁和独占锁的理念。读写锁中的读锁,是共享锁,而写锁是独占锁。读锁可以被同时读,可以同时被多个线程持有,而写锁最多只能同时被一个线程持有。
公平锁的公平的含义在于如果线程现在拿不到这把锁,那么线程就都会进入等待,开始排队,在等待队列里等待时间长的线程会优先拿到这把锁,有先来先得的意思。而非公平锁就不那么“完美”了,它会在一定情况下,忽略掉已经在排队的线程,发生插队现象。
悲观锁的概念是在获取资源之前,必须先拿到锁,以便达到“独占”的状态,当前线程在操作资源的时候,其他线程由于不能拿到锁,所以其他线程不能来影响我。而乐观锁恰恰相反,它并不要求在获取资源前拿到锁,也不会锁住资源;相反,乐观锁利用 CAS 理念,在不独占资源的情况下,完成了对资源的修改。
实际例子:synchronized 与 ReentrantLock 为悲观锁,原子类 为乐观锁
本质区别:是否锁住资源
使用场景:悲观锁适合适用于并发写入太多,竞争激烈场景,乐观锁使用大部分读,少部分写的场景
自旋锁的理念是如果线程现在拿不到锁,并不直接陷入阻塞或者释放 CPU 资源,而是开始利用循环,不停地尝试获取锁,这个循环过程被形象地比喻为“自旋”,就像是线程在“自我旋转”。相反,非自旋锁的理念就是没有自旋的过程,如果拿不到锁就直接放弃,或者进行其他的处理逻辑,例如去排队、陷入阻塞等。
自旋锁优缺点
优点
避免线程切换上下文的开销,解锁、加锁的过程
缺点
不适用于高并发场景,会占用CPU资源
在 Java 中,synchronized 关键字修饰的锁代表的是不可中断锁,一旦线程申请了锁,就没有回头路了,只能等到拿到锁以后才能进行其他的逻辑处理。而我们的 ReentrantLock 是一种典型的可中断锁,例如使用 lockInterruptibly 方法在获取锁的过程中,突然不想获取了,那么也可以在中断之后去做其他的事情,不需要一直傻等到获取到锁才离开。