常见的锁策略
大家好 , 这篇文章给大家带来的是多线程中常见的锁策略 , 我们会给大家讲解 6 种类别的锁
- 乐观锁 VS 悲观锁
- 普通的互斥锁 VS 读写锁
- 重量级锁 VS 轻量级锁
- 自旋锁 VS 挂起等待锁
- 公平锁 VS 非公平锁
- 可重入锁 vs 不可重入锁
- 常见面试题
针对常见的锁策略 , 这就属于面试爱考但是工作用不上的内容了
大家理解记忆即可
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上一篇文章的链接我也给大家贴到这里了小狗说要请大家喝饮料 , 快跟我说 : “谢谢小狗”
常见的锁策略
锁策略指的是 : 加锁的时候我们咋加的
这里说的锁策略 , 和语言基本无关 , 其他的语言也涉及到 “锁策略”
1. 乐观锁 VS 悲观锁
乐观锁 : 预测接下来锁冲突的概率不大 , 就需要做一类操作
悲观锁 : 预测接下来锁冲突的概率很大, 就需要做另一类操作
举个栗子 :
疫情导致封校了
有的人就比较紧张 , 去超市抓紧屯点零食 -> 乐观锁
有的人就无所谓 , 饿不死就行 -> 悲观锁
针对预测的结果不同 , 解决的方法不同
乐观锁相对来说 , 成本更小 ; 悲观锁相对来说 , 成本更大
我们之前介绍过 synchronized , 它既是悲观锁 , 又是乐观锁 , 也就是自适应锁
当前锁冲突概率不大 , 以乐观锁的方式运行 , 往往是纯用户态执行的
一旦发现锁冲突大了 , 以悲观锁的方式运行 , 往往要进入内核 , 对当前线程进行挂起等待
2. 普通的互斥锁 VS 读写锁
synchronized 就是普通的互斥锁 , 两个加锁操作会产生竞争
读写锁把加锁操作进行细化了 , 分成了 “加读锁” 和 “加写锁”
情况1 :
线程 A 尝试加写锁
线程 B 尝试加写锁
线程 A 和 线程 B 产生竞争 , 和普通的锁没啥区别
情况 2 :
线程 A 尝试加读锁
线程 B 尝试加读锁
线程 A 和 线程 B 不产生竞争 , 锁相当于没加一样
(多线程读 , 不涉及修改 , 是线程安全的)
情况 3 :
线程 A 尝试加读锁
线程 B 尝试加写锁
线程 A 和线程 B 产生竞争 , 和普通的锁没什么区别
只有情况 2 (两个线程都是加读锁) 是线程安全的
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 .
3. 重量级锁 VS 轻量级锁
重量级锁指的是锁的开销比较大 , 做的工作比较多
轻量级锁指的是锁的开销比较小 , 做的工作比较少
悲观锁 , 经常会是重量级锁
乐观锁 , 经常会是轻量级锁
但是不是绝对的
那什么叫做 做的工作多 , 做的工作少呢 ?
我们一般认为 , 锁这个东西要保持互斥的 , 那保持互斥要有力量来源的
我们 Java 中实现一把锁 , 需要使用 synchronized 关键字 (后续还会降解 ReentrantLock)
那 Java 里面实现锁 , 主要是 JVM 提供的 synchronized 和 ReentrantLock 这两个机制
那 JVM 之所以能够实现锁机制 , 是因为操作系统提供了 mutex 互斥锁
操作系统之所以能够加锁 , 是因为 CPU 提供了一些用来加锁的 , 能够保证原子操作的指令
重量级锁主要是依赖了操作系统提供的锁 , 使用操作系统提供的锁 , 就很容易产生阻塞等待
轻量级锁主要是尽量的避免使用操作系统提供的锁 , 尽量在用户态完成功能 , 也就是尽量的避免用户态和内核态的切换 , 尽量避免挂起等待 (阻塞等待)
synchronized 是自适应锁 , 既是轻量级锁 , 又是重量级锁
也是根据锁冲突的情况来决定的
冲突的不高就是轻量级锁 , 冲突的很高就是重量级锁
4. 自旋锁 VS 挂起等待锁
自旋锁和挂起等待锁是更加深入来看的 , 相当于分析的最内层
自旋锁 : 当我们发现锁冲突的时候 , 不会挂起等待 , 它会迅速再次尝试这个锁能不能获取到 (超级舔狗)
他就相当于是一个 while 循环一直获取锁的状态
一旦锁被释放 , 就可以第一时间获取到
如果锁一直不释放 , 就会消耗大量的 CPU
自旋锁是更加轻量的 , 效率更高的
挂起等待锁 : 发现锁冲突 , 就挂起等待
一旦锁被释放 , 不能第一时间获取到
在锁被其他线程占用的时候 , 会放弃 CPU 资源
挂起等待锁是更加重量的 , 效率更低的
自旋锁 , 是轻量级锁的具体实现
挂起等待锁 , 是重量级锁的具体实现
自旋锁是轻量级锁 , 也是乐观锁
挂起等待锁是重量级锁 , 也是悲观锁
synchronized 作为轻量级锁的时候 , 内部是自旋锁
synchronized 作为重量级锁的时候 , 内部是挂起等待锁
5. 公平锁 VS 非公平锁
啥样的情况才算是公平呢 ?
符合 “先来后到” 这样的规则 , 就是公平
先来的 , 先排在前面 . 来晚的 , 就在后面排着
举个栗子 :
操作系统中 , 默认的锁的竞争规则 , 就是非公平的 , 没有考虑先来后到
如果要想使用公平锁 , 就需要使用额外的数据结构来进行控制实现
所以 synchronized 是非公平锁
6. 可重入锁 vs 不可重入锁
7. 常见面试题
- 你是怎么理解乐观锁和悲观锁的，具体怎么实现呢？
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. (实现细节参考上面的图).
- 介绍下读写锁?
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.
- 什么是自旋锁，为什么要使用自旋锁策略呢，缺点是什么？
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.
- synchronized 是可重入锁么？
是可重入锁.
可重入锁指的就是连续两次加锁不会导致死锁.
实现的方式是在锁中记录该锁持有的线程身份, 以及一个计数器(记录加锁次数). 如果发现当前加锁的线程就是持有锁的线程, 则直接计数自增.
到这里本篇文章就结束了
如果有帮助的话请一键三连~
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