Java并发篇乐观锁，悲观锁，自旋锁

轻量级锁 “轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的。但是，首先需要强调一点的是， 轻量级锁并不是用来代替重量级锁的，它的本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量 级锁使用产生的性能消耗。在解释轻量级锁的执行过程之前，先明白一点，轻量级锁所适应的场 景是线程交替执行同步块的情况，如果存在同一时间访问同一锁的情况，就会导致轻量级锁膨胀 为重量级锁。 Java并发编程中，锁是确保线程安全的关键机制。本文主要讨论了四种锁类型：乐观锁、悲观锁、自旋锁以及Java中的synchronized同步锁，并深入解析了synchronized锁的内部机制，包括其核心组件、实现方式以及锁的状态。 1. **乐观锁**：乐观锁假设在多线程环境下，数据一般不会产生冲突，所以在读取数据时不会加锁，只有在更新数据时才会检查是否有其他线程同时修改了数据，若有冲突则回滚操作。通常通过版本号或时间戳实现。 2. **悲观锁**：悲观锁假定数据容易产生冲突，因此在读取数据时就立即加锁，防止其他线程修改。Java中的synchronized在某种程度上可以视为悲观锁的实现。 3. **自旋锁**：自旋锁是当一个线程尝试获取锁但未成功时，不会立即阻塞，而是不断循环尝试，直到获得锁为止。自旋锁适用于锁持有时间短且持有者很快释放的场景，避免了线程上下文切换的开销。 4. **synchronized同步锁**： - **核心组件**：Wait Set（等待集合）、Contention List（竞争队列）、Entry List（候选资源队列）、OnDeck（当前竞争锁的线程）、Owner（锁持有者）。 - **实现**：synchronized基于Monitor机制，通过JVM实现，锁状态有无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁四种。 - **轻量级锁**：在没有多线程竞争时，减少传统重量级锁的开销，适应线程交替执行同步块的场景。如果出现竞争，会膨胀为重量级锁。 - **偏向锁**：针对单线程频繁获取同一锁的情况，减少CAS操作，提高性能。一旦出现多线程竞争，会撤销偏向锁。 - **重量级锁**：依赖于操作系统Mutex Lock，状态转换和线程切换开销大，效率较低。 5. **锁升级**：从无锁到偏向锁，再到轻量级锁，最后到重量级锁的过程，是Java为了优化锁性能的设计策略。 6. **锁优化**： - **减少锁持有时间**：尽量缩短锁的生命周期，降低并发冲突的可能性。 - **减小锁粒度**：如ConcurrentHashMap的分段锁，提高并行度。 - **锁分离**：如ReadWriteLock，读写操作分别用不同的锁，提高并发性。 - **锁粗化**：避免对同一锁的频繁请求和释放，将多个连续的同步块合并。 - **锁消除**：编译器自动检测无锁化的可能，消除不必要的锁。 7. **线程**： - **线程方法**：wait()使线程进入WAITING状态，释放对象锁；sleep()使线程进入TIMED_WAITING状态，不释放锁；yield()让当前线程让出CPU时间片，重新竞争。 了解这些锁机制和线程操作对于编写高性能、高并发的Java程序至关重要，合理地使用锁可以有效避免数据竞争，提高程序运行效率。