锁总结
2020-09-23 11:09:01 0 举报AI智能生成
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互斥锁，共享锁，乐观锁，悲观锁特性总结
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大纲/内容
锁总结
互斥锁
互斥锁是一种独占锁，当线程A加锁成功后，此时互斥锁已经被线程A独占，只要线程A没有释放手中的锁，线程B加锁就会失败，于是就会将cpu转给其它的线程，既然已经释放了cpu，那么B加锁的代码就会被阻塞。
互斥锁加锁失败被阻塞现象是系统内核来完成，加锁失败，内核会将线程置为“睡眠”状态，锁释放后，内核会在合适时机唤醒线程，当获取到锁后，就可以成功执行。
互斥锁加锁失败后，会从用户态陷入到内核态，让内核帮忙切换线程，虽然简化了用锁的难度，但是增加了用锁的开销。
两次线程切换上下文开销
线程加锁失败时，内核会将线程从运行切换到睡眠状态，然后将cpu让给其它线程
锁被释放时，之前睡眠的线程切换到就绪状态，内核会在合适的时机，将cpu让给该线程使用
线程的上下文切换是什么？
当两个线程同属于一个进程，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存保持不动，只需要切换线程的私有数据，寄存器等不共享的数据
线程切换耗时大概在几十纳秒到几微秒之间，如果锁住的代码执行时间较短，那可能上下文切换的时间都比锁住的代码的执行时间还要长。
自旋锁
自旋锁加锁失败后，线程会忙等待，直到它拿到锁
自旋锁通过cpu提供的CAS函数（compare and swap）， 在用户态完成加锁和解锁操作，不主动产生线程上下文切换， 所以相比互斥锁来说会快一些，开销也小一些。
加锁包含2个步骤：1.查看锁状态，如果锁是空闲的，则执行第二步2.将锁设置为当前线程持有； CAS将这2个步骤合并成一条硬件级指令，形成原子指令，这样保证2个步骤不可分割，要么不执行，要么都执行完。
当使用自旋锁时候，发生多线程竞争情况下， 加锁失败的线程会忙等待，直到它拿到锁，
自旋锁是比较简单的一种锁，开销小，多核系统下一般不会主动产生线程切换，适合异步，协程等在用户态请求的编程方式，但是如果被锁住的代码执行时间较长，自旋锁会长时间占用cpu资源，所以自旋的时间和被锁住的代码执行时间是成正比的。
自旋锁和互斥锁在加锁失败的时候应对策略不一样：当加锁失败时，互斥锁用线程切换的方式来应对，而自旋锁采用忙等待的方式来应对
互斥锁和自旋锁是最基本的处理方式，更高级的锁都会选择其中一个来实现，比如读写锁，既可以选择互斥锁来实现，也可以基于自旋锁来实现
读写锁
读写锁适用于能明确区分读操作和写操作的场景
工作原理：当写锁没有被线程持有时，多个线程能够并发的持有读锁，多个线程同时持有读锁也不回破坏共享资源的数据，一旦写锁被线程持有，读线程的读锁操作会被阻塞，而且其他写线程的获取写锁的操作也会被阻塞。所以写锁是独占锁，因为任意一个时刻只有一个线程持有写锁，类似互斥锁和自旋锁， 而读锁是共享锁，因为读锁可以被多个线程同时持有。
根据实现不同，读写锁可以分为读优先锁和写优先锁
读优先锁：期望的是读锁能被更多的线程持有，以便提高读线程的并发性，工作方式:当读线程A持有了读锁，写线程B在获取写锁的时候，会被阻塞，并且阻塞过程中，后续来的读线程C仍然可以成功获取读锁，直到读线程A和C释放读锁后，写线程B才可以成功获取读锁
写优先锁：优先服务写线程，工作方式是：当读线程A先持有了读锁，写线程B在获取写锁时，会被阻塞，并且在阻塞过程中后续来的读线程C获取读锁会失败，于是线程C被阻塞在获取读锁的阶段，这样只要读线程A释放读锁后，写线程B就可以成功获取到写锁。
读优先锁对于读线程并发性更高，但是也不是没问题，试着想下，如果一直有读线程获取到读锁，那么写线程将永远获取不到写锁，就造成了写线程饥饿，写优先锁可以保证写线程不会饿死，但是如果一直有写线程获取写锁，那么读线程也会被饿死。
公平读写锁
一种简单的实现方式为：用队列把获取锁的线程排队，不管是写线程还是读线程都按照先进先出的原则加锁即可，这样不会出现饥饿现象。
乐观锁
乐观锁做事比较乐观， 它假定冲突概率很低，它的工作方式为：先修改完共享资源， 再验证这段时间内有没有冲突，如果没有其它线程在修改资源，那么操作完成，如果发现有其它线程已经修改资源，就放弃本次操作， 虽然重试成本很高，但是冲突概率足够低的话，还是可以接受。
乐观锁全程没有加锁，也叫无锁编程
乐观锁去除了加锁操作，但是一旦发生冲突，重试成本很高，所以只有在冲突概率很低，且加锁成本很高的场景，才考虑使用乐观锁。
悲观锁
前面的互斥锁，自旋锁，读写锁都是悲观锁，悲观锁做事比较悲观，它认为多线程同时修改共享资源的概率比较高，于是很容易出现冲突，所以访问共享资源前，先上锁，如果多线程同时修改共享资源的概率较低，可以使用乐观锁
多线程访问的时候，避免不了资源竞争而导致数据错乱的问题，通常为了解决这个问题，都会在访问共享资源之前加锁。
职业：暂无
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