一、CAS、樂觀鎖與悲觀鎖、數(shù)據(jù)庫相關(guān)鎖機制、分布式鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖、Monitor

CAS：在java并發(fā)應用中通常指CompareAndSwap或CompareAndSet，即比較并交換。

簡單來說就是一種無鎖算法，有三個操作數(shù)（內(nèi)存值V，舊的預期值A(chǔ)，要修改的新值B。當且僅當A=V,將V修改為B否則什么都不做。）

CAS是一個原子操作，它比較一個內(nèi)存位置的值并且只有相等時修改這個內(nèi)存位置的值為新值，保證新的值總是基于最新的信息計算，如果有其他線程在這期間修改了這個值則CAS失敗。CAS返回是否成功或者內(nèi)存位置原來的值用于判斷是否CAS成功。

JVM中的CAS操作是利用了處理器提供的CMPXCHG指令實現(xiàn)的。優(yōu)點：競爭不大時系統(tǒng)開銷小。缺點：循環(huán)時間長開銷大、只能保證一個共享變量的原子操作、ABA的問題

樂觀鎖與悲觀鎖：

1.樂觀鎖：總是假設最好的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時候都認為別人不會修改，所以不會上鎖。但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數(shù)據(jù)，可以使用版本號機制和CAS算法實現(xiàn)。

2.悲觀鎖：總是假設最壞的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時候都認為別人會修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)時都會上鎖，這樣別人想拿這個數(shù)據(jù)時就會阻塞，直到他拿到鎖（共享資源每次只給一個線程使用，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其他線程。）

數(shù)據(jù)庫相關(guān)鎖機制：

數(shù)據(jù)庫鎖一般分為兩類，一個是悲觀鎖，一個是樂觀鎖。

樂觀鎖一般是指用戶自己實現(xiàn)的一種鎖機制，悲觀鎖一般就是我們通常說的數(shù)據(jù)庫鎖機制，悲觀鎖主要表鎖、行鎖、頁鎖。

分布式鎖：

分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)之間同步訪問共享資源的一種方式。

分布式鎖應該具備哪些條件：

在分布式系統(tǒng)環(huán)境下，一個方法在同一時間只能被一個機器的一個線程執(zhí)行；?
2、高可用的獲取鎖與釋放鎖；?
3、高性能的獲取鎖與釋放鎖；?
4、具備可重入特性；?
5、具備鎖失效機制，防止死鎖；?
6、具備非阻塞鎖特性，即沒有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗。

分布式鎖的三種實現(xiàn)方式:

基于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)分布式鎖；?
2.基于緩存（Redis等）實現(xiàn)分布式鎖；?
3.基于Zookeeper實現(xiàn)分布式鎖；

偏向鎖：

在沒有實際競爭的情況下，還能夠針對部分場景繼續(xù)優(yōu)化。如果不僅僅沒有實際競爭，自始至終，使用鎖的線程都只有一個，那么，維護輕量級鎖都是浪費的。偏向鎖的目標是，減少無競爭且只有一個線程使用鎖的情況下，使用輕量級鎖產(chǎn)生的性能消耗。輕量級鎖每次申請、釋放鎖都至少需要一次CAS，但偏向鎖只有初始化時需要一次CAS。

“偏向”的意思是，偏向鎖假定將來只有第一個申請鎖的線程會使用鎖（不會有任何線程再來申請鎖），因此，只需要在Mark Word中CAS記錄owner（本質(zhì)上也是更新，但初始值為空），如果記錄成功，則偏向鎖獲取成功，記錄鎖狀態(tài)為偏向鎖，以后當前線程等于owner就可以零成本的直接獲得鎖；否則，說明有其他線程競爭，膨脹為輕量級鎖。

偏向鎖無法使用自旋鎖優(yōu)化，因為一旦有其他線程申請鎖，就破壞了偏向鎖的假定。

缺點：

同樣的，如果明顯存在其他線程申請鎖，那么偏向鎖將很快膨脹為輕量級鎖。

輕量級鎖：

自旋鎖的目標是降低線程切換的成本。如果鎖競爭激烈，我們不得不依賴于重量級鎖，讓競爭失敗的線程阻塞；如果完全沒有實際的鎖競爭，那么申請重量級鎖都是浪費的。輕量級鎖的目標是，減少無實際競爭情況下，使用重量級鎖產(chǎn)生的性能消耗，包括系統(tǒng)調(diào)用引起的內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)切換、線程阻塞造成的線程切換等。

顧名思義，輕量級鎖是相對于重量級鎖而言的。使用輕量級鎖時，不需要申請互斥量，僅僅將Mark Word中的部分字節(jié)CAS更新指向線程棧中的Lock Record，如果更新成功，則輕量級鎖獲取成功，記錄鎖狀態(tài)為輕量級鎖；否則，說明已經(jīng)有線程獲得了輕量級鎖，目前發(fā)生了鎖競爭（不適合繼續(xù)使用輕量級鎖），接下來膨脹為重量級鎖。

Mark Word是對象頭的一部分；每個線程都擁有自己的線程棧（虛擬機棧），記錄線程和函數(shù)調(diào)用的基本信息。二者屬于JVM的基礎(chǔ)內(nèi)容，此處不做介紹。

當然，由于輕量級鎖天然瞄準不存在鎖競爭的場景，如果存在鎖競爭但不激烈，仍然可以用自旋鎖優(yōu)化，自旋失敗后再膨脹為重量級鎖。

缺點：

同自旋鎖相似，如果鎖競爭激烈，那么輕量級將很快膨脹為重量級鎖，那么維持輕量級鎖的過程就成了浪費。

重量級鎖：

內(nèi)置鎖（內(nèi)置鎖是JVM提供的最便捷的線程同步工具，在代碼塊或方法聲明上添加synchronized關(guān)鍵字即可使用內(nèi)置鎖）在Java中被抽象為監(jiān)視器鎖（monitor）。在JDK 1.6之前，監(jiān)視器鎖可以認為直接對應底層操作系統(tǒng)中的互斥量（mutex）。這種同步方式的成本非常高，包括系統(tǒng)調(diào)用引起的內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)切換、線程阻塞造成的線程切換等。因此，后來稱這種鎖為“重量級鎖”。

偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖適用于不同的并發(fā)場景：

偏向鎖：無實際競爭，且將來只有第一個申請鎖的線程會使用鎖。

輕量級鎖：無實際競爭，多個線程交替使用鎖；允許短時間的鎖競爭。

重量級鎖：有實際競爭，且鎖競爭時間長。

另外，如果鎖競爭時間短，可以使用自旋鎖進一步優(yōu)化輕量級鎖、重量級鎖的性能，減少線程切換。

如果鎖競爭程度逐漸提高（緩慢），那么從偏向鎖逐步膨脹到重量鎖，能夠提高系統(tǒng)的整體性能。

二、鎖優(yōu)化、鎖消除、鎖粗化、自旋鎖、可重入鎖、阻塞鎖、死鎖：

1.鎖優(yōu)化：減少鎖的持有時間（將同步方法改成同步代碼塊）、減少鎖的粒度（ConcurrentHashMap）、讀寫分離鎖代替獨占鎖（ReadWriterLock）、鎖分離（LinkedBlockingQueue）、鎖粗化。推薦https://www.cnblogs.com/xdecode/p/9137804.html

2.鎖消除：指虛擬機即時編譯器在運行時，對一些代碼上要求同步，但是被檢測到不可能存在共享數(shù)據(jù)競爭的鎖進行削除。然后帶來一定的性能提升。

3.鎖粗化：通常情況下，為了保證多線程間的有效并發(fā)，會要求每個線程持有鎖的時間盡可能短，但是大某些情況下，一個程序?qū)ν粋€鎖不間斷、高頻地請求、同步與釋放，會消耗掉一定的系統(tǒng)資源，因為鎖的講求、同步與釋放本身會帶來性能損耗，這樣高頻的鎖請求就反而不利于系統(tǒng)性能的優(yōu)化了，雖然單次同步操作的時間可能很短。鎖粗化就是告訴我們?nèi)魏问虑槎加袀€度，有些情況下我們反而希望把很多次鎖的請求合并成一個請求，以降低短時間內(nèi)大量鎖請求、同步、釋放帶來的性能損耗。

4.自旋鎖：又稱非可重入鎖。簡單來說，若一個類中有兩個方法A、B，則AB都有獲得同一把鎖，||當A調(diào)用時獲得鎖，在A方法鎖還沒有被釋放時，調(diào)用B時，B無法獲得鎖。必須等A釋放鎖。首先，內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的切換上不容易優(yōu)化。但通過自旋鎖，可以減少線程阻塞造成的線程切換（包括掛起線程和恢復線程）。因為鎖阻塞造成線程切換的時間與鎖持有的時間相當，所以減少線程阻塞造成的線程切換，就能得到較大的性能提升。

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5.可重入鎖：簡單來說，若一個類中有兩個方法A、B，則AB都有獲得同一把鎖，||當A調(diào)用時獲得鎖，在A方法鎖還沒有被釋放時，調(diào)用B時，B也獲得鎖。專業(yè)說法：又名遞歸鎖，是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候，再進入該線程的內(nèi)層方法會自動獲取鎖（前提鎖對象得是同一個對象或者class），不會因為之前已經(jīng)獲取過還沒釋放而阻塞。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖，可重入鎖的一個優(yōu)點是可一定程度避免死鎖。

6.阻塞鎖：阻塞鎖指改變了線程的運行狀態(tài)，在java中，線程Thread有如下幾種狀態(tài)：新建狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)、死亡狀態(tài)。阻塞鎖，可以說是讓線程進入阻塞狀態(tài)進行等待，當獲得相應的信號（喚醒，時間） 時，才可以進入線程的準備就緒狀態(tài)，準備就緒狀態(tài)的所有線程，通過競爭，進入運行狀態(tài)。

7.死鎖：不同線程分別占用對方需要的同步資源不放棄，都在等待對方放棄自己需要的同步資源，就形成了線程的死鎖。

三、死鎖的原因：

競爭資源引起進程死鎖

競爭不可剝奪資源（可剝奪資源和不可剝奪資源）

競爭臨時資源

進程推進順序不當引起死鎖

四、死鎖的解決辦法：

死鎖預防。去破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件（互斥、占有且等待、不可搶占、循環(huán)等待）中的一個或者幾個，來預防發(fā)生死鎖。

死鎖避免。（在使用前進行判斷，只允許不會產(chǎn)生死鎖的進程申請資源）

死鎖檢測和解除。（在檢測到運行系統(tǒng)進入死鎖，進行恢復。）

• CountDownLatch、 CyclicBarrier 和Semaphore三個類的使用和原理：

JAVA并發(fā)包中有三個類用于同步一批線程的行為，分別是CountDownLatch、Semaphore和CyclicBarrier。

1.CountDownLatch是一個計數(shù)器閉鎖，通過它可以完成類似于阻塞當前線程的功能，即：一個線程或多個線程一直等待，直到其他線程執(zhí)行的操作完成。CountDownLatch用一個給定的計數(shù)器來初始化，該計數(shù)器的操作是原子操作，即同時只能有一個線程去操作該計數(shù)器。

2.Semaphore與CountDownLatch相似，不同的地方在于Semaphore的值被獲取到后是可以釋放的，并不像CountDownLatch那樣一直減到底。它也被更多地用來限制流量，類似閥門的 功能。如果限定某些資源最多有N個線程可以訪問，那么超過N個主不允許再有線程來訪問，同時當現(xiàn)有線程結(jié)束后，就會釋放，然后允許新的線程進來。有點類似于鎖的lock與 unlock過程。相對來說他也有兩個主要的方法：

用于獲取權(quán)限的acquire(),其底層實現(xiàn)與CountDownLatch.countdown()類似;
用于釋放權(quán)限的release()，其底層實現(xiàn)與acquire()是一個互逆的過程。

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3.CyclicBarrier也是一個同步輔助類，它允許一組線程相互等待，直到到達某個公共屏障點（common barrier point）。通過它可以完成多個線程之間相互等待，只有當每個線程都準備就緒后，才能各自繼續(xù)往下執(zhí)行后面的操作。類似于CountDownLatch，它也是通過計數(shù)器來實現(xiàn)的。那么CyclicBarrier和CountDownLatch之間的區(qū)別在于：

CountDownLatch主要是實現(xiàn)了1個或N個線程需要等待其他線程完成某項操作之后才能繼續(xù)往下執(zhí)行操作，描述的是1個線程或N個線程等待其他線程的關(guān)系。CyclicBarrier主要是實現(xiàn)了多個線程之間相互等待，直到所有的線程都滿足了條件之后各自才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的操作，描述的多個線程內(nèi)部相互等待的關(guān)系。

CountDownLatch是一次性的，而CyclicBarrier則可以被重置而重復使用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的无招胜有招之锁的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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