掘金后端 ( ) • 2024-06-30 14:22

java线程同步原理主要2个概念：互斥（mutual exclusion）和可见性。

其中互斥保证了在同一时刻只有一个线程可以访问临界区，可见性保证一个线程对共享变量的修改能够及时被其他线程看到。第3节我们简单介绍了内存可见性相关内容，并在4、5分别介绍了因缓存一致性导致的伪共享问题和代码重排序。这一章节主要了解下互斥相关。 Java提供了2种锁机制来控制多个线程对共享资源的互斥访问。下文分别从可重入性、公平性了解这2种锁的实现方式。

1. JVM实现的synchronized内置锁，在软件层面依赖JVM
1. JDK实现的ReentrantLock显式锁，在硬件层面依赖特殊的CPU指令

锁

锁的名字千千万，但首先锁分为内置锁/隐式锁/自动锁和显式锁。关于锁的共享与独占，是否可重入（避免死锁），公平非公平，可中断锁的概念会在之后进行介绍。本节主要了解说明内置锁和显式锁。

synchronized

以最简单的synchronized为例，synchronized(this)中的块，可以保证同时只有一个线程执行。

public class Counter{

  private int count = 0;

  public int inc(){
    synchronized(this){
      return ++count;
    }
  }
}

synchronized使用方法

可以修饰在不同层级：修饰实例方法、修饰静态方法、修饰代码块。通过在对象->对象头->mark word标记字段中修改锁状态标志，

修饰实例方法，常量池多了ACC_SYNCHRONIZED标示符，根据标示符实现方法同步。调用指令时，会检查标示是否存在，如果设置执行线程就先获取monitor，获取后才能执行方法体，执行完后释放monitor。

public synchronized void synchronisedCalculate() {
    setSum(getSum() + 1);
}

修饰静态方法

public static synchronized void syncStaticCalculate() {
    staticSum = staticSum + 1;
}

修饰代码块，修饰代码块时会通过monitorenter和monitorexit指令获取Monitor所有权和退出Monitor。

public void performSynchronisedTask() {
    synchronized (this) {
        setCount(getCount()+1);
    }
}

锁升级

除了无锁状态，Synchronized还有偏向锁、轻量级锁、重量级锁概念。

Lock

Lock提供了一种无条件的、可轮询的、定时的以及可中断的锁获取操作，所有加锁和解锁的方法都是显式的。在 Lock的实现中必须提供与内部锁相同的内存可见性语义，但在加锁语义、调度算法、顺序保证以及性能特性等方面可以有所不同。以最简单的Lock为例，lock()加锁unlock()释放锁。Lock中while(isLocked)为自旋锁，

public class Counter{

  private Lock lock = new Lock();
  private int count = 0;

  public int inc(){
    lock.lock();
    int newCount = ++count;
    lock.unlock();
    return newCount;
  }
}

public class Lock{

  private boolean isLocked = false;

  public synchronized void lock()
  throws InterruptedException{
    while(isLocked){
      wait();
    }
    isLocked = true;
  }

  public synchronized void unlock(){
    isLocked = false;
    notify();
  }
}

Synchronized和Lock区别

无法中断、无法实现非阻塞这些都是不满足于使用隐式锁synchronized的原因。Lock在加锁和内存上提供的语义与与内置锁相同，此外它还提供了一些其他功能，包括定时的锁等待、可中断的锁等待、公平性，以及实现非块结构的加锁。

Lock加解锁的顺序灵活
Lock可通过lockInterruptibly中断，Synchronized不可中断
Lock可以被多个线程持有例如读写锁ReadWriteLock中读锁/StampedLock实现乐观读（多个线程并发读，一个线程写），Synchronized没有并发读
Lock可设置为公平锁或非公平锁
Lock底层原理是AQS和CAS，Synchronized底层是互斥Mutex Lock
Lock的等待和唤醒通过Condition的await和signal实现，Synchronized的等待和唤醒通过wait和notify实现。都为同步队列和等待队列的切换。
Lock有和Synchronized都只有一个同步队列，但是Lock有多个等待队列，Synchronized只有一个等待队列。
Lock的tryLock可以实现非阻塞，Synchronized只有阻塞
Lock支持定时的锁等待，可以通过tryLock设置超时机制，synchronized无超时机制
Lock可定时可轮训

锁

synchronized

synchronized使用方法

锁升级

Lock

Synchronized和Lock区别

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