文章目錄

• 一、悲觀鎖示例 ( ReentrantLock )
• 二、重量級鎖弊端
• 三、鎖的四種狀態 ( 無鎖狀態 | 偏向鎖 | 輕量級鎖 | 重量級鎖 )
• 四、鎖的四種狀態之間的轉換 ( 無鎖狀態 -> 偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖 )

一、悲觀鎖示例 ( ReentrantLock )

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ReentrantLock 與 synchronized 都是悲觀鎖 ;

ReentrantLock 是 Lock 接口的實現類 ,

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable { }

Lock 是一種鎖的機制 , 調用 lock() 方法 , 表示要對下方的代碼進行加鎖 , 這些代碼是線程安全的 ;

代碼執行完畢后 , 調用 unlock() 釋放鎖 ;

在 lock() 與 unlock() 之間的內容 , 就是同步代碼塊內容 ;

public interface Lock {void lock();void lockInterruptibly() throws InterruptedException;boolean tryLock();boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;void unlock();Condition newCondition(); }

悲觀鎖都是重量級鎖 ;

二、重量級鎖弊端

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JDK $1.2$ 之間 , 只有一個 synchronized 重量級鎖 ;

Java 虛擬機創建了線程 A , B 兩個線程 , JVM 將線程托管給操作系統進行調度執行 , 線程同步依靠 synchronized 重量級鎖實現 , 線程 A , B 之間會進行競爭 , 哪個搶到 synchronized 鎖 , 哪個線程就可以執行 ;

使用 synchronized 使用起來效率很低 , 假如在 synchronized 同步代碼塊中 , 只有一行代碼 , 執行 $1$ ms , 但是系統調度線程 , 可能需要 $20$ ms 才能輪到線程執行 , 線程執行的時間遠遠小于調度時間 , 這樣線程執行效率很低 ;

為了 Java 程序的提升執行效率 , Java 引入了 $4$ 種鎖狀態 , 無鎖 , 偏向鎖 , 輕量級鎖 , 重量級鎖 ;

三、鎖的四種狀態 ( 無鎖狀態 | 偏向鎖 | 輕量級鎖 | 重量級鎖 )

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Java 虛擬機堆內存中的對象數據中 , 每個對象都有一個對象頭 , 結構如下 :

對象頭 中封裝了 鎖的狀態 , 當鎖的狀態發生改變時 , 對應的鎖的標志位也進行相應修改 ;

無鎖狀態 : 不進行加鎖 , 線程不安全 ;

偏向鎖 : 第 $1$ 個訪問 共享資源 的線程 A , 做一個標記 , 不加鎖 , 這個標記稱為 " 偏向鎖 " ; 偏向鎖 偏向第一個訪問的線程 ; 如果沒有新的線程競爭該鎖 , 則該 偏向鎖一直被該線程持有 , 不會釋放鎖 ; 如果出現多個線程同時訪問 , 持有偏向鎖的線程會 釋放該偏向鎖 , 并添加輕量級鎖 ;

• 鎖競爭 : 多個線程嘗試獲取同一個鎖 ;
  • 沒有競爭 : 如果每次獲取都很順利 , 沒有出現阻塞 , 則沒有競爭 ;
  • 有競爭 : 如果線程嘗試獲取鎖 , 但是鎖被其它線程持有 , 那么 該線程需要等待 , 期間 阻塞或自旋 , 只要是等待就會產生消耗 , 這就產生了鎖競爭 , 并且 有一定的性能消耗 ;
• 鎖競爭消耗 : 多數情況下鎖會被多個線程獲取多次 , 多個線程競爭一個鎖 , 這樣就存在競爭 , 競爭期間 阻塞或自旋 , 鎖獲取的代價很大 ;
• 偏向鎖優點 : 降低了線程獲取鎖的代價 , 偏向鎖不存在鎖競爭問題 ;
• 偏向鎖意義 : 偏向鎖并 不是真正意義上的鎖 , 只是給單線程執行加了層保險 , 如果沒有線程競爭該鎖 , 則正常執行 , 如果有線程競爭 , 則將偏向鎖升級為輕量級鎖 ;

輕量級鎖 : 自旋鎖 , 等待期間一直做自旋操作 , 效率較高 , 但是空耗 CPU 性能 ; 自旋就是 while / for 循環 ;

重量級鎖 : 系統提供的 synchronized , ReentrantLock 等重量級鎖 , 由操作系統進行調度 , 可進行阻塞 ;

四、鎖的四種狀態之間的轉換 ( 無鎖狀態 -> 偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖 )

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鎖的四種狀態之間轉換 : 在保證線程安全的前提下 , 盡可能提升效率 ;

• 無鎖 : 剛開始執行時 , 無鎖 ;

• 無鎖 -> 偏向鎖 : 第 $1$ 個線程訪問共享資源時 , 無鎖狀態升級為偏向鎖 ;

• 偏向鎖 -> 輕量級鎖 : 第 $2$ 個線程再來訪問 共享資源 時 , 偏向鎖 升級為 輕量級鎖 ;

• 輕量級鎖 -> 重量級鎖 : 如果 自旋線程數 超過 CPU 核數一半 , 或 單個線程超過 $10$ 次自旋 , 自動將鎖升級為重量級鎖 ;

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【Java 并发编程】线程锁机制 ( 锁的四种状态 | 无锁状态 | 偏向锁 | 轻量级锁 | 重量级锁 | 锁竞争 | 锁升级 )的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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