1. 線程調(diào)度

線程調(diào)度指的就是給線程分配使用處理器的過(guò)程。主要的調(diào)度方式有兩種：協(xié)同式調(diào)度和搶占式調(diào)度。

1.1 協(xié)同式調(diào)度

線程完成自己的任務(wù)之后主動(dòng)通知系統(tǒng)切換到另一個(gè)線程上。

優(yōu)點(diǎn)：

實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，線程對(duì)于自己的切換是已知的，不存在線程同步的問(wèn)題；

缺點(diǎn)：

如果一個(gè)線程一直阻塞占用處理器，則其他線程都會(huì)被阻塞。

1.2 搶占式調(diào)度

由系統(tǒng)來(lái)為線程分配使用處理器的時(shí)間片。

優(yōu)點(diǎn)：

線程的執(zhí)行時(shí)間是系統(tǒng)可控的，不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)線程導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程阻塞的問(wèn)題。

Java使用的線程調(diào)度就是搶占式調(diào)度。

2. 公平鎖與非公平鎖

公平鎖是多個(gè)線程在等待同一個(gè)鎖時(shí)，必須按照申請(qǐng)鎖的時(shí)間順序來(lái)一次獲得鎖(默認(rèn)的是不公平鎖)；

非公平鎖就是一種獲取鎖的搶占機(jī)制，是隨機(jī)獲得鎖的，和公平鎖不一樣的就是先來(lái)的不一定先得到鎖。

3. 樂(lè)觀鎖和悲觀鎖

3.1 悲觀鎖

悲觀鎖(Pessimistic Lock), 顧名思義，就是很悲觀。

每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖，這樣別人想拿這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)阻塞直到它拿到鎖。

傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖。

3.2 樂(lè)觀鎖

樂(lè)觀鎖(Optimistic Lock), 顧名思義，就是很樂(lè)觀。

每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改，所以不會(huì)上鎖，但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒(méi)有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)，可以使用版本號(hào)等機(jī)制。

樂(lè)觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類型，這樣可以提高吞吐量，像數(shù)據(jù)庫(kù)如果提供類似于write_condition機(jī)制的其實(shí)都是提供的樂(lè)觀鎖。

樂(lè)觀鎖是基于沖突檢測(cè)的樂(lè)觀并發(fā)策略。

3.3 應(yīng)用

Synchronized原始采用的就是CPU悲觀鎖機(jī)制，即線程獲取的是獨(dú)占鎖。

• 獨(dú)占鎖意味著其他線程只能依靠阻塞來(lái)等待線程釋放鎖。

Lock采用的就是樂(lè)觀鎖方式。所謂樂(lè)觀鎖就是，每次不加鎖而是假設(shè)沒(méi)有沖突而去完成某項(xiàng)操作，如果因?yàn)闆_突失敗就重試，直到成功為止。樂(lè)觀鎖實(shí)現(xiàn)的機(jī)制就是CAS操作。

4. 鎖優(yōu)化

Java虛擬機(jī)團(tuán)隊(duì)在JDK1.5到JDK1.6之間對(duì)高效并發(fā)進(jìn)行了重要改進(jìn)，有以下五種技術(shù)，都是為了在線程之間更高效地共享數(shù)據(jù)，以及解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，從而提高程序的執(zhí)行效率。

這里的鎖優(yōu)化主要是指 JVM 對(duì) synchronized 的優(yōu)化。

?4.1 自旋鎖和自適應(yīng)鎖

互斥同步進(jìn)入阻塞狀態(tài)的開(kāi)銷都很大，應(yīng)該盡量避免。

在許多應(yīng)用中，共享數(shù)據(jù)的鎖定狀態(tài)只會(huì)持續(xù)很短的一段時(shí)間。

自旋鎖的思想是讓一個(gè)線程在請(qǐng)求一個(gè)共享數(shù)據(jù)的鎖時(shí)執(zhí)行忙循環(huán)（自旋） 一段時(shí)間，如果在這段時(shí)間內(nèi)能獲得鎖，就可以避免進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

自旋鎖雖然能避免進(jìn)入阻塞狀態(tài)從而減少開(kāi)銷，但是它需要進(jìn)行忙循環(huán)操作占用CPU 時(shí)間，它只適用于共享數(shù)據(jù)的鎖定狀態(tài)很短的場(chǎng)景。

在 JDK 1.6 中引入了自適應(yīng)的自旋鎖。自適應(yīng)意味著自旋的次數(shù)不再固定了，而是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋次數(shù)及鎖的擁有者的狀態(tài)來(lái)決定。

自旋是有限定的次數(shù)的，在JDK 1.6引入了自適應(yīng)自旋。

自適應(yīng)意味著自旋的時(shí)間不再固定了，而是由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間以及鎖的擁有者的狀態(tài)來(lái)決定。

4.2 鎖消除

鎖消除是指對(duì)于被檢測(cè)出不可能存在競(jìng)爭(zhēng)的共享數(shù)據(jù)的鎖進(jìn)行消除。

鎖消除主要是通過(guò)逃逸分析來(lái)支持，如果堆上的共享數(shù)據(jù)不可能逃逸出去被其它線程訪問(wèn)到，那么就可以把它們當(dāng)成私有數(shù)據(jù)對(duì)待，也就可以將它們的鎖進(jìn)行消除。

對(duì)于一些看起來(lái)沒(méi)有加鎖的代碼，其實(shí)隱式的加了很多鎖。例如下面的字符串拼接代碼就隱式加了鎖：

public static String concatString(String s1, String s2, String s3) {return s1 + s2 + s3; }

String 是一個(gè)不可變的類，編譯器會(huì)對(duì) String 的拼接自動(dòng)優(yōu)化。在 JDK 1.5 之前，會(huì)轉(zhuǎn)化為 StringBuffer 對(duì)象的連續(xù) append() 操作：

public static String concatString(String s1, String s2, String s3) {StringBuffer sb = new StringBuffer();sb.append(s1);sb.append(s2);sb.append(s3);return sb.toString(); }

每個(gè) append() 方法中都有一個(gè)同步塊。

虛擬機(jī)觀察變量 sb，很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的動(dòng)態(tài)作用域被限制在 concatString() 方法內(nèi)部。

也就是說(shuō)，sb 的所有引用永遠(yuǎn)不會(huì)逃逸到 concatString() 方法之外，其他線程無(wú)法訪問(wèn)到它，因此可以進(jìn)行消除。

4.3 鎖粗化

如果一系列的連續(xù)操作都對(duì)同一個(gè)對(duì)象反復(fù)加鎖和解鎖，頻繁的加鎖操作就會(huì)導(dǎo)致性能損耗。

上一節(jié)的示例代碼中連續(xù)的 append() 方法就屬于這類情況。

如果虛擬機(jī)探測(cè)到由這樣的一串零碎的操作都對(duì)同一個(gè)對(duì)象加鎖，將會(huì)把加鎖的范圍擴(kuò)展（粗化） 到整個(gè)操作序列的外部。

對(duì)于上一節(jié)的示例代碼就是擴(kuò)展到第一個(gè) append() 操作之前直至最后一個(gè) append() 操作之后，這樣只需要加鎖一次就可以了。

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JDK 1.6 引入了偏向鎖和輕量級(jí)鎖，從而讓鎖擁有了四個(gè)狀態(tài)：

• 無(wú)鎖狀態(tài)（unlocked）
• 偏向鎖狀態(tài)（biasble）
• 輕量級(jí)鎖狀態(tài)（lightweight locked）
• 重量級(jí)鎖狀態(tài)（inflated）

4.4 輕量級(jí)鎖

并不是用來(lái)代替重量級(jí)鎖的，它的本意是在沒(méi)有多線程競(jìng)爭(zhēng)的前提下減少傳統(tǒng)重量級(jí)鎖使用操作系統(tǒng)互斥量產(chǎn)生的性能消耗。

輕量級(jí)鎖能提升程序同步性能的依據(jù)是“對(duì)于絕大部分的鎖，在整個(gè)同步周期內(nèi)都是不存在競(jìng)爭(zhēng)的”。

在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的情況下使用CAS操作避免了使用互斥量的開(kāi)銷，但是如果存在鎖競(jìng)爭(zhēng)，除了互斥量的開(kāi)銷外，還額外發(fā)生了CAS操作，因此在有競(jìng)爭(zhēng)的情況下，輕量級(jí)鎖會(huì)比傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖更慢。

適用場(chǎng)景：

追求響應(yīng)時(shí)間，同步塊執(zhí)行速度非常快。

使用操作系統(tǒng)互斥量來(lái)實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)鎖稱為是“重量級(jí)”鎖。

4.5 偏向鎖

目的是消除數(shù)據(jù)在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)情況下的同步原語(yǔ)，進(jìn)一步提高程序的運(yùn)行性能。偏向鎖會(huì)偏向于第一個(gè)獲得它的線程，如果在后面的執(zhí)行過(guò)程中，該鎖沒(méi)有被其他的線程獲取，則持有偏向鎖的線程將永遠(yuǎn)不需要再進(jìn)行同步。

偏向鎖可以提高帶有同步但無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的程序性能。但是如果程序中大多數(shù)的鎖總是被多個(gè)不同的線程訪問(wèn)，那偏向模式就是多余的。

適用場(chǎng)景：

只有一個(gè)線程訪問(wèn)同步塊場(chǎng)景。

5. ReentrantLock(可重入鎖)

可重入鎖的三個(gè)特性：

5.1 等待可中斷

當(dāng)持有鎖的線程長(zhǎng)期不釋放鎖的時(shí)候，正在等待的線程可以選擇放棄等待，改為處理其他事情。

可中斷特性對(duì)處理執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)的同步塊很有幫助。

5.2 公平鎖與非公平鎖

ReentrantLock默認(rèn)是非公平鎖，但是可以通過(guò)帶布爾值的構(gòu)造函數(shù)要求使用公平鎖。

公平鎖是多個(gè)線程在等待同一個(gè)鎖時(shí)，必須按照申請(qǐng)鎖的時(shí)間順序來(lái)一次獲得鎖(默認(rèn)的是不公平鎖)；

非公平鎖就是一種獲取鎖的搶占機(jī)制，是隨機(jī)獲得鎖的，和公平鎖不一樣的就是先來(lái)的不一定先得到鎖。

5.3

鎖可以綁定多個(gè)條件condition，可以選擇性通知指定的某個(gè)種類的condition。

6.怎么檢查一個(gè)線程是否擁有鎖?

在java.lang.Thread中有一個(gè)方法叫holdsLock()，它返回true如果當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)前線程擁有某個(gè)具體對(duì)象的鎖。

7. Lock與synchronized的區(qū)別

7.1 是否為語(yǔ)言內(nèi)置：

synchronized是Java語(yǔ)言的關(guān)鍵字，因此是內(nèi)置特性。

Lock不是Java語(yǔ)言內(nèi)置的，是一個(gè)類，通過(guò)這個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)同步訪問(wèn)；

7.2 用法

synchronzied可以用于去修飾方法或代碼塊，而Lock則需要在代碼中顯示的通過(guò)調(diào)用lock()和unlock()方法來(lái)指定起始位置和終止位置。synchronize是托管給JVM的，而Lock的鎖定是通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)的，它有比synchronized更精確的線程語(yǔ)義。

7.3 鎖機(jī)制

Lock和synchronized有一點(diǎn)非常大的不同，

采用synchronized不需要用戶去手動(dòng)釋放鎖，當(dāng)synchronized方法或者synchronized代碼塊執(zhí)行完之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讓線程釋放對(duì)鎖的占用；

而Lock則必須要用戶去手動(dòng)釋放鎖，如果沒(méi)有主動(dòng)釋放鎖，就有可能導(dǎo)致出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象；

7.4 并發(fā)量對(duì)性能的影響

并發(fā)數(shù)量多的時(shí)候synchronized性能會(huì)下降很厲害，但是對(duì)Lock影響不大。

7.5 Lock可以提高多個(gè)線程進(jìn)行讀操作的效率。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的线程调度、公平锁和非公平锁、乐观锁和悲观锁、锁优化、重入锁的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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