四、LOCK

1、锁的4种状态

【1】锁的优化

JDK6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗，引入了“偏向锁”和“轻量级锁”

从而使得锁有了4种状态，并随着锁竞争的情况而升级。锁可以升级但不能降级，锁的升级被称为“锁膨胀”

【2】偏向锁状态

大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且还总是由同一个线程多次获得

为了提升这种情况的性能，从而引入偏向锁

在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，当一个线程进入和退出同步块时，不需要进行CAS操作来加锁和解锁，直接判断对象头的Mark Word里是否存有指向当前线程的偏向锁即可

如果存在表示线程已经获取了锁，如果不存在则锁膨胀成轻量级锁

偏向锁在JDK6和JDK7中是默认开启的，但是需要在程序启动几秒钟后才会被激活

如果需要关闭这个延迟，使用JVM参数

-XX:BiasedLockingStartupDelay=0

如果关闭偏向锁，使用JVM参数

-XX:-UseBiasedLocking

【3】轻量级锁状态

加锁：JVM在当前线程的栈帧中创建用于存储锁标记的空间，并将对象头中的Displaced Mark Word复制到当中。如果成功表示当前线程获取锁成功，如果失败表示存在锁竞争，当前线程会尝试使用自旋来获取锁

解锁：使用原子的CAS操作，将Displaced Mark Word替换回对象头。如果成功表示没有锁竞争发生，如果失败表示有锁竞争发生，会导致锁膨胀成重量级锁

【4】对比

锁类型	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外等待，和无锁状态执行方法相比存在纳秒级（1纳秒 = 1000 * 1000毫秒）的差别	如果存在锁竞争，会带来额外的撤销锁的消耗	只有一个线程访问同步块
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度	如果线程一直获取不到锁，使用自旋会消耗CPU	追求响应速度，同步块执行速度非常快
重量级锁	线程竞争不会使用自旋，不会消耗CPU	竞争的线程会阻塞，会降低响应速度	追求吞吐量，同步块执行时间较长

2、公平锁和非公平锁

公平锁：每个线程在获取锁时，会先检查该锁维护的等待队列，如果队列为空，或者当前线程是队列当中的第一个（head），则该线程获取锁。以后会按照FIFO的原则从等待队列中取到自己（排队等待获取锁）

非公平锁：每个线程都可以尝试获取锁

synchronized是非公平锁

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock，通过无参构造函数创建的是非公平锁。通过有参构造函数，且传入true，则该锁是一个公平锁

3、可重入锁

可重入锁又称之为递归锁，指的是已经获取锁的线程，当执行同步方法内的同步方法时，无需再次获取锁，即可直接执行方法

synchronized 和 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock 都是可重入锁

4、自旋锁

线程通过自旋的方式，尝试获取锁，以减少线程上下文切换的开销

class CasLock {
    
    
    private final AtomicReference<Thread> reference = new AtomicReference<Thread>();

    public void lock() {
    
    
        for (;;) {
    
    
            if (tryAcquire()) {
    
    
                break;
            }
        }
    }

    public void unlock() {
    
    
        for (;;) {
    
    
            if (tryRelease()) {
    
    
                break;
            }
        }
    }

    private boolean tryAcquire() {
    
    
        Thread thread = Thread.currentThread();
        return reference.compareAndSet(null, thread);
    }

    private boolean tryRelease() {
    
    
        Thread thread = Thread.currentThread();
        return reference.compareAndSet(thread, null);
    }

}

5、共享锁和排他锁

共享锁：多个线程都可以获取该锁

排他锁：锁只能由一个线程所独享

java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock的读锁是线程共享的，而写锁是线程独享的

synchronized 和 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock 都是排他锁

6、读写锁

java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock

读写锁，读锁和写锁共同存在，读锁共享，写锁独享

7、线程兼容和线程对立

线程兼容：要操作的对象本身是线程不安全的，但是可以在操作对象时，通过各种线程安全的手段，来保证在多线程的环境下，操作对象是线程安全的

线程对立：要操作的对象本身是线程安全的，但是由于在多线程的环境下操作对象时，多个线程的并发请求不是线程安全的，从而导致操作对象本身变成了线程不安全的

Java中线程对立的例子：Thread类的废弃方法（@Deprecated） suspend 和 resume 可能导致死锁

Java多线程-4-LOCK