【Java EE初阶 --- 多线程（进阶）】锁策略

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前言

经过前面几次博客的总结，对于多线程编程，我们有了一定了解，接下来我们会更加深入了解的关键是 · 锁 ·，针对不同情况下，我们将采用不同的锁策略，对以后工作合理使用锁更加得心应手。

几种锁策略

悲观锁与乐观锁

首先， 这里不针对某一种具体的锁,而是某个锁具有“悲观”或者“乐观”特性

悲观锁：假设线程对锁的竞争十分激烈，就需要对这种情况额外做一些操作。

<举个例子>假设办公室只有一个老师，但是有10个同学同时想要问问题，就会出现一个同学想要问题时，老被其他某一个同学占用。这个时候就需要额外操作来问问题了。

乐观锁：假设线程对锁的竞争不激烈，一般不会出现冲突

<举个例子>假设目前只有两个同学，只有一个老师，两个同学需要问老师的时间很可能不会冲突，正常问问题就行。

总结：这里描述的都是加锁时(问题)的场景。

重量级锁与轻量级锁

之前有说过，锁的特性是“原子性”的，这种特性的根本是CPU硬件发出的“微指令”

重量级锁：在悲观场景下，付出更多的代价解决问题 ——》更低效

不断的在内核态与用户态之间切换，调用大量资源

轻量级锁：在乐观场景下，付出较小的代价解决问题—— 》更高效

尽可能少的在内核态与用户态之间切换，减少资源消耗

总结：用来遇到不同场景下的不同解决方案

挂起等待锁与自旋锁

挂起等待锁：如果获取锁失败,直接挂起等待.实现重量级锁的典型表现。

属于操作系统内核级别的操作，加锁的时候有竞争，使该线程进入阻塞状态，后续需要内核唤醒。虽然获取锁的时间更长，但是这个过程不消耗CPU资源。（竞争激烈）

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.轻量级锁的典型表现

属于应用程序级别的操作，加锁的时候很少有竞争，一般不进入阻塞，而是通过忙等来等待。虽然回获取锁的时间更短，但是忙等的过程中一直消耗CPU资源。（竞争不激烈）

那我们之前的synchronized是乐观还是悲观锁呢？

成年人的世界当然都要了~, 它既是乐观锁又是悲观锁。属于自适应锁，也就是看情况而论。 synchronized作为大佬设计好的作品，为我们提前做好了一切准备。 如果竞争不激烈，此时synchronized就会按照轻量级锁（自旋）使用;如果竞争激烈，此时synchronized就会按照重量级锁（挂起等待）使用。

普通互斥锁与读写锁

普通互斥锁就是synchronized正常加锁、解锁
读写锁：读方式加锁、写方式加锁、解锁

<举个例子>如果你给读和写都加上普通互斥锁，意味着锁冲突非常严重。而读写锁就能确保读锁和读锁之间不会互斥（阻塞），保证线程安全的前提下，降低锁冲突的概率，提高效率。

适用于读多、写少的情况，典型的例子就是教务系统。

可重入锁与不可重入锁

之前说synchronized时，它就是一个“可重入锁”，就是一个线程，一把锁，连续加锁多次，是否会死锁。
判定标准很明确：
1. 锁要记录当前是哪个线程拿到的这把锁
2. 使用计数器，记录当前线程加锁了多少次，在合适时候进行解锁。
如果一个线程，一把锁，连续加锁多次，没有变成死锁，那它就是可重入锁；反之就是不可重入锁。

公平锁与非公平锁

公平锁：遵循先来后到原则，是先来谁先获取锁。
非公平锁：遵循概率相等原则，谁都有可能获取锁（随机）。

我们知道操作系统内部的线程调读就是随机，如果没有任何限制，锁就是非公平锁；如果要实现公平锁，就需要依赖额外的数据结构，记录先后顺序。

synchronized原理

锁升级

锁消除

编译器优化的一种体现，前面提到编译器优化是为了提出 volatile 关键字，这里是为了判定当前代码逻辑是否需要加锁，如果不需要，但是你写了synchronized,就会自动把synchronized去掉。（在编译器100%确认的情况触发）

锁粗化

锁的粒度：加锁和解锁之间，包含的代码越多（实际执行的时间），就认为锁的粒度就越粗。

实际应用中，加锁之后的解锁是为了锁能够被其他线程使用，但是可能并没有其他线程来抢占这个锁，那么就没必要去解锁，，JVM就会把锁粗化，避免频繁释放锁，消耗资源。

注意：如果三个任务本身都需要加锁，那么粗化为一个锁就可以，但是如果只有两个任务需要加锁，粗化为一把锁就不合适了，能够并行的任务，变成串行了。

原子性

原子类

//private static int count=0;//使用原子类 ，代替intprivate static AtomicInteger count=new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) {Thread t1=new Thread(()->{for(int i=0;i<20000;i++){//count++count.getAndIncrement();}});Thread t2=new Thread(()->{for(int i=0;i<20000;i++){count.getAndIncrement();}});t1.start();t2.start();try{t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(count.get());}

CAS

1. compare and swap(比较并交换)

          内存地址  寄存器的值  另一个寄存器的值
boolean CAS(address,expectValue,swapValue){if(&address==expectedValue){//判断内存的值是否和寄存器的值一样&address==swapValue;//相同，就把另一个寄存器的值交换给内存return ture;//实质上是赋值}return false;}

CAS操作严格意义上讲，它是CPU的一条指令，它的来源是：操作系统对CPU指令（CAS）进行封装，提供一些API，可以在C++重被调用，而JVM又是基于C++实现的，JVM也能够调用CAS这样的原子性操作。

使用这种原子性操作既保证了性能，又保证了线程安全。

2. 基于CAS实现自旋锁

private Thread ower=null;//如果为null，锁是空闲public void lock(){//通过CAS看当前锁是否被某个线程持有//如果锁被使用，则自旋等待//如果锁空闲，那么ower设为当前需要加锁的线程while(!CAS(this.ower,null,Thread.currentThread())){}}public void unlock(){this.ower=null;}

CAS的缺陷 ABA问题

CAS能够线程安全，核心是先比较内存和寄存器是否“相等”

int oldBalance=balance;
CAS(balance,oldBalance,oldBalance-500);

<举个例子> 假设我们存款有1000，需要取出500，那么按照CAS方式来取款，内存和寄存器1比较相等，再把寄存器2 扣除500 的操作交换给内存，但是在这时，又有人给你转账500，内存此时变为1000，又和寄存器1的值相等，继续进行交换（赋值），内存最后的值还是500。你的存款痛失500！！

ABA问题的核心在于判断中间是否有其他线程修改值，那么我们约定一个概念“版本号”：只要存在修改，版本号就+1

int oldVersion=version;
if(CAS(version,oldVersion,oldVersion+1)){balance-=500;
}

完结

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