一、java鎖的類型
java的鎖有這么幾類。
樂觀鎖和悲觀鎖
- 樂觀鎖就是JVM認為不通過加鎖也能保證并發的正確性。典型實現是諸如AtomicInteger的實現。
- 悲觀鎖就是需要加鎖互斥。典型實現是Synchronized(Synchronized屬于樂觀鎖還是悲觀鎖其實跟具體實現有關，大部分場景下都是悲觀鎖)和ReentrantLock。
可重入和不可重入
- 可重入是指當一個線程獲取了鎖，但是沒有釋放，這個線程又要獲取這個鎖，仍然能獲取成功。Synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖。
- 不可重入是可重入的否命題，這樣自己會把自己死鎖。應該沒有這樣的實現。
公平鎖和非公平鎖
- 公平鎖是先請求鎖的線程肯定先獲得鎖，也就是FIFO。公平說是不是就是合理的?可能也不一定，因為這會造成上下文的切換。ReentrantLock默認是非公平鎖，但是可以通過構造方法構造公平鎖實例。
- 非公平鎖是新來的線程有優先獲得鎖的機會，也就是可以插隊。合理嗎?可能也不合理，因為這可能造成“餓死”現象：在排隊的舊的線程總是獲取不到鎖。Sysnchronized其實就是非公平鎖。
排他鎖和共享鎖
- 排他鎖是一個線程獲得鎖之后，其他線程不能再獲得鎖。大多數場景下都是排他鎖。
- 共享鎖是指多個線程可以同時獲得鎖。常見的是多個線程可以同時獲得讀鎖。
二、synchronized
synchronized基本原理是通過CPU指令實現的。在jdk1.6之前是很重的鎖。因為java的多線程與操作系統的線程是一一對應的。當java線程阻塞的時候需要切換到內核態的線程進行阻塞，喚醒的時候又要從內核態切換到用戶態，進行了很重的上下文切換。那么能不能當一個線程獲取不到鎖的時候不阻塞呢?自旋可以嗎?這樣就有了synchronized的四種實現：無鎖、偏向鎖、輕量鎖、重量鎖。
synchronized鎖的是java的對象頭，再詳細點是mark word。
無鎖
這個沒有什么好說的。沒有將這個對象通過synchronized包括。
偏向鎖
當只有一個線程在訪問鎖的時候，會在mark word中通過CAS的方式設置當前線程的threadId。如果成功的話，加鎖成功(由于只有一個線程，肯定成功)。這樣當這個線程再次請求鎖的時候，看mark word的thread id和自己是否相同，如果相同加鎖成功。注意，它是沒有解鎖操作的。如果是另一個線程也來了，由于上一個線程沒有解鎖操作，這個新線程的CAS肯定失敗。這時當JVM沒有字節碼要執行的時候(全局安全點)，會檢查上一個線程有沒有結束，如果結束，則通過CAS將mark word中的thread id字段更新為新線程的threadId。如果上一個線程沒有結束，這就存在并發了。偏向鎖無法完成使命，需要升級為輕量鎖。
輕量鎖
接著上面偏向鎖的上一個線程A和新的線程B的例子。JVM此時進行一下線程A對mark word的操作。將mark word拷貝到當前線程的棧空間中，CAS操作mark word的指針指向這個棧空間的地址，CAS操作當前線程的棧空間再加一個指向mark word的指針，這兩個操作成功后，其實第一個CAS成功就是成功，這樣線程A就獲得了鎖，升級成為了輕量鎖。線程B會自旋等待線程A的釋放。線程A怎么釋放鎖呢?只要將第一個CAS操作的指針(mark word指向線程棧的指針)釋放了就可以了，線程B自旋檢測mark word的指向，去搶占鎖。如果此時又來一個線程C呢?是不是也自旋?可以同時有幾個線程自旋?線程B能自旋多少次?這些都是有JVM參數可配置的。
重量鎖
這個其實也沒什么好說的。存在并發訪問時，直接將線程切換到內核態阻塞。
三、ReentrantLock
ReentrantLock是通過AQS(AbstractQueuedSynchronizer)實現的。需要解決的問題：
需要有個狀態表示這個lock對象是不是被搶占了，如果可重入的話，被這個線程搶占了多少次。這個狀態標識其實就是AQS的state成員變量。對state的操作肯定要線程安全。可以通過CAS解決。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
// 這個是公平鎖的實現。需要判斷隊列中有沒有等待的線程，
// 如果沒有才進行CAS搶占
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
// 這里就是可重入邏輯
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
多個線程同時搶占lock，只有一個線程能成功，其他線程怎么排隊呢?排隊的線程怎么搶占鎖呢?這就用到了一個隊列。這個隊列的插入是通過自旋和CAS實現的。
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(mode);
// 循環嘗試
for (;;) {
Node oldTail = tail;
if (oldTail != null) {
// 無鎖修改前驅指針
node.setPrevRelaxed(oldTail);
// CAS修改tail
if (compareAndSetTail(oldTail, node)) {
// 修改后續指針
oldTail.next = node;
return node;
}
} else {
initializeSyncQueue();
}
}
}
排隊的線程搶占lock呢?
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean interrupted = false;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
// 如果前驅節點是頭節點，并且獲取鎖成功，直接返回。
// 但是大多數情況，可能運氣沒這么好
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
return interrupted;
}
// 是否需要阻塞
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node))
// 這里阻塞
interrupted |= parkAndCheckInterrupt();
}
} catch (Throwable t) {
cancelAcquire(node);
if (interrupted)
selfInterrupt();
throw t;
}
}
怎么喚醒上面阻塞的線程呢?這就要看下釋放邏輯。
public final boolean release(int arg) {
// 釋放lock
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h); // 喚醒頭結點的后續節點。注意頭結點是虛節點，沒有實在意義
return true;
}
return false;
}
原文地址：https://www.toutiao.com/i6933840985927598600/
