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在 JDK 1.6 之前,synchronized 是重量级锁,效率低下。
从 JDK 1.6 开始,synchronized 做了很多优化,如偏向锁、轻量级锁、自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化等技术来减少锁操作的开销。
synchronized 同步锁一共包含四种状态:无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁,它会随着竞争情况逐渐升级。synchronized 同步锁可以升级但是不可以降级,目的是为了提高获取锁和释放锁的效率。
通过反编译.class文件,通过查看字节码可以得到:在代码块中使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令,其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置,monitorexit 指令指明同步代码块的结束位置。
同样查看字节码可以得到:在同步方法中会包含 ACC_SYNCHRONIZED 标记符。该标记符指明了该方法是一个同步方法,从而执行相应的同步调用。
对象锁:使用 synchronized 修饰非静态的方法以及 synchronized(this) 同步代码块使用的锁是对象锁。
类锁:使用 synchronized 修饰静态的方法以及 synchronized(class) 同步代码块使用的锁是类锁。
私有锁:在类内部声明一个私有属性如private Object lock,在需要加锁的同步块使用 synchronized(lock)
它们的特性:
由私有锁实现的等待/通知机制:
Object lock = new Object();
// 由等待方线程实现
synchronized (lock) {
while (条件不满足) {
lock.wait();
}
}
// 由通知方线程实现
synchronized (lock) {
条件发生改变
lock.notify();
}
ReentrantLock 是一个独占/排他锁。相对于 synchronized,它更加灵活。但是需要自己写出加锁和解锁的过程。它的灵活性在于它拥有很多特性。
ReentrantLock 需要显示地进行释放锁。特别是在程序异常时,synchronized 会自动释放锁,而 ReentrantLock 并不会自动释放锁,所以必须在 finally 中进行释放锁。
它的特性:
ReentrantLock 是很多类的基础,例如 ConcurrentHashMap 内部使用的 Segment 就是继承 ReentrantLock,CopyOnWriteArrayList 也使用了 ReentrantLock。
我之前写过一篇文章《ReentrantReadWriteLock读写锁及其在 RxCache 中的使用》 曾详细介绍过ReentrantReadWriteLock。
它拥有读锁(ReadLock)和写锁(WriteLock),读锁是一个共享锁,写锁是一个排他锁。
它的特性:
上面提到的 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 都是基于 AbstractQueuedSynchronizer (AQS),而 AQS 又是基于 CAS。CAS 的全称是 Compare And Swap(比较与交换),它是一种无锁算法。
synchronized、Lock 都采用了悲观锁的机制,而 CAS 是一种乐观锁的实现。
CAS 的特性:
CAS 存在的问题:
Condition 用于替代传统的 Object 的 wait()、notify() 实现线程间的协作。
在 Condition 对象中,与 wait、notify、notifyAll 方法对应的分别是 await、signal 和 signalAll。
Condition 必须要配合 Lock 一起使用,一个 Condition 的实例必须与一个 Lock 绑定。
它的特性:
Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier 都是并发工具类。
Semaphore 可以指定多个线程同时访问某个资源,而 synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源。由于 Semaphore 适用于限制访问某些资源的线程数目,因此可以使用它来做限流。
Semaphore 并不会实现数据的同步,数据的同步还是需要使用 synchronized、Lock 等实现。
它的特性:
CountDownLatch 可以看成是一个倒计数器,它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。因此,CountDownLatch 是共享锁。
CountDownLatch 的 countDown() 方法将计数器减1,await() 方法会阻塞当前线程直到计数器变为0。
在我的爬虫框架NetDiscovery中就使用了 CountDownLatch 来控制某个爬虫的暂停和恢复。
Java 锁的小结
本文小结了 Java 常用的一些锁及其一些特性,掌握这些锁是掌握 Java 并发编程的基础。当然,Java 的锁并不止这些,例如 ConcurrentHashMap 的分段锁(Segment),分布式环境下所使用的分布式锁。
参考资料: