Java锁---一图秒懂
2024-06-27 14:05:06 0 举报AI智能生成
该图片简要概括了Java中的锁机制。在Java中，锁主要用于控制对共享资源的并发访问，从而确保数据的完整性和一致性。根据锁的实现方式和适用场景，可以分为内部锁（如synchronized关键字）和显式锁（如ReentrantLock类）。内部锁是Java内置的锁机制，可以在方法或代码块上使用synchronized关键字实现。显式锁则是Java并发包中提供的锁API，如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock等，它们提供了更加强大的功能和灵活性。在使用锁时，需要注意死锁和饥饿问题，并通过合适的锁机制和策略来避免这些问题。
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大纲/内容
锁的分类
公平与否
公平锁
定义：竞争锁时先判断同步队列里是否有其他线程在等待，若有则要到队尾进行排队
公平锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
非公平锁
定义：竞争锁时先尝试获取锁，失败后才会插入同步队列尾部
非公平锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
synchronized
独占与否
独占锁
定义：锁同时只能被一个线程占有（也叫互斥锁）
独占锁代表
ReentrantLock
synchronized
ReentrantReadWriteLock中的writeLock
共享锁
定义：锁可以被多个线程共享
共享锁代表
ReentrantReadWriteLock中的readLock
悲观与乐观
乐观锁
定义：线程操作临界区数据前不会上锁，只有真正修改数据时才会比对数据是否
已经被其他线程修改过；
乐观是中思想，技术基础是：CAS
已经被其他线程修改过；
乐观是中思想，技术基础是：CAS
乐观锁代表
自旋锁
自适应自旋锁
无限次自旋锁
悲观锁
定义：线程操作临界区数据前总是悲观地认为会有别的线程操作改数据，
因此每次都先去获取锁，成功后再操作数据
因此每次都先去获取锁，成功后再操作数据
悲观锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
synchronized
重入与否
可重入锁
定义：线程获取了A锁，在没有释放A锁之前，还能继续获取A锁，那么说明A锁是可重入的
可重入锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
synchronized
非可重入锁
未实现非可重入锁
阻塞与否
阻塞锁
定义：线程获取锁失败后会阻塞自身
阻塞锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
synchronized
自旋锁
定义：无需阻塞
自旋锁代表
自适应自旋锁
无限次自旋锁
按照作用对象区分
只有synchronized才会有类锁、对象锁概念
只有synchronized才会有类锁、对象锁概念
对象锁
定义：锁与对象实例关联
对象锁代表
synchronized
类锁
定义：锁与类对象(class)关联
类锁代表
synchronized
可中断与否
可中断锁
定义：线程在获取锁的过程中可响应中断（抛出中断异常），推出
可中断锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
不可中断锁
定义：线程在获取锁的过程中不响应中断
不可中断锁代表
synchronized
能否限时等待
可限时等待锁
定义：一定时间后，若还是不能获取锁，退出获取锁流程
可限时等待锁代表
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
非限时等待锁
定义：线程获取锁失败，阻塞直到获取锁为止（除非响应中断）
非限时等待锁代表
synchronized
锁的实现方式
JVM实现
synchronized
关联每个对象
作用域：方法与代码块
作用对象：类与对象
类对象
实例对象
不同阶段状态锁
无锁
定义：没有线程关联锁
偏向锁
定义：线程锁住的是MarkWord
锁只被一个线程访问，对象头里（MarkWord字段）记录着当前线程ID。
当该线程再次获取锁时，仅仅只需要比对MarkWord里的线程ID是否是自己的，
若是直接获取锁，否则可能会升级为轻量级锁
锁只被一个线程访问，对象头里（MarkWord字段）记录着当前线程ID。
当该线程再次获取锁时，仅仅只需要比对MarkWord里的线程ID是否是自己的，
若是直接获取锁，否则可能会升级为轻量级锁
适用场景：锁只被一个线程访问的场景
轻量级锁
定义：线程锁住的是MarkWord
线程访问该锁时，在无锁状态，仅仅只需要一次CAS修改MarkWord里面的指针
指向线程自身LockRecord，成功则获取锁，否则可能会升级为重量级锁
线程访问该锁时，在无锁状态，仅仅只需要一次CAS修改MarkWord里面的指针
指向线程自身LockRecord，成功则获取锁，否则可能会升级为重量级锁
适用场景：锁被多个线程交替访问的场景
重量级锁
定义：线程锁住的是ObjectMonitor对象
线程修改ObjectMonitor对象成功，则获取了锁，失败则阻塞等待
线程修改ObjectMonitor对象成功，则获取了锁，失败则阻塞等待
适用场景：多个线程并发访问
实现的功能
非公平锁
独占锁
悲观锁
可重入锁
阻塞锁
非限时等待锁
不可中断锁
维护同步队列
维护等待队列
与等待/通知机制有关
JUC实现
AQS
基本概念
定义：全称AbstractQueueSynchronizer，
是JUC下的同步器基础框架
是JUC下的同步器基础框架
升级版：AbstractQueueLongSynchronizer
实现基本功能
共享/独占模式
可中断/不可中断
可限时等待/非限时等待
维护同步队列
维护等待队列
与等待/通知机制有关
基于AQS的锁
ReentrantLock
实现功能
继承自AQS基本功能
独占模式
公平/非公平
可重入
基于此封装的同步器
CyclicBarrier
ReentrantReadWriteLock
实现功能
继承自AQS基本功能
读锁是共享模式
写锁是独占模式
公平/非公平
可重入
读写锁关系
写写互斥
读读共享
读写互斥
特殊情况：允许同一线程先写，在释放写锁之前，
同一线程再读（写锁降级）
同一线程再读（写锁降级）
基于AQS的同步器
Semaphore
基于AQS共享模式
CountDownLatch
基于AQS共享模式
ThreadPoolExecutor.Worker
基于AQS独占模式
锁的核心
基本数据结构
共享的锁变量
volatile
保证可见性、顺序性
CAS
底层CPU原子性修改变量值
同一时刻，只能有一个线程成功修改变量
同步/等待队列
同步队列
获取锁失败后加入同步队列
等待队列
因某个条件不满足进入等待队列等待
操作数据结构
获取锁
修改锁变量
释放锁
修改锁变量
线程挂起与唤醒
AQS使用LockSupport
UnSafe
Parker
synchronized
ParkEvent
配合等待/通知机制
配合synchronized
线程因某个条件阻塞等待
调用Object.wait
线程被其他线程唤醒
调用Object.notify/notifyAll
配合AQS
线程因某个条件阻塞等待
调用AQS
Condition.await
线程被 其他线程唤醒
调用AQS
Condition.signal/signalAll
通过配合ReentrantLock/ReentrantReadWriteLock使用Condition
同一个锁能关联多个条件/等待
内部逻辑
等待
线程被加入到等待队列尾部
线程释放当前持有的锁
线程挂起
被唤醒后继续竞争锁
成功
从同步队列里移除
失败
继续挂起
通知
线程被从等待队列移动到同步队列里
当其他线程释放锁后，会唤醒同步队列里的线程
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