Java锁概念基础

　　Java中的锁不管是Lock还是synchronized都可以分为互斥锁和非互斥锁。

 

　　互斥锁只能被一个线程持有，其他线程只能等待锁的释放。synchronized，ReentrantLock，ReadWriteReentrantLock的WriteLock是互斥的，但ReadLock不是互斥的。

　　FileLock可以设置为互斥锁或者非互斥锁。

 

　　实现锁时可以基于操作系统的调度，也可以以自旋的形式来实现。

　　利用操作系统的指令，让线程等待，当锁可用时，让线程醒过来。这种适合需要等待长时间的。如果等待的时间短，这个操作的代价是较大的。

　　用循环不断的轮询锁的状态，锁可用的时候就退出。这就是自旋锁。这样里面基本不做什么事情的循环是非常耗CPU的，如果等待锁的时间很长，用这种方式是不合适的。

 

　　自旋锁是JVM实现的，下面的例子可以简单的描述自旋锁

public class MyWaitNotify3{

  MonitorObject myMonitorObject = new MonitorObject();
  boolean wasSignalled = false;

  public void doWait(){
    synchronized(myMonitorObject){
      while(!wasSignalled){
        try{
                         
　　 } catch(InterruptedException e){...}
      }
      //clear signal and continue running.
　　...
      wasSignalled = false;
    }
  }

  public void doNotify(){
    synchronized(myMonitorObject){
      wasSignalled = true;
      myMonitorObject.notify();
    }
  }
}

　　没有其他的线程调用doNotify之前，doWait将一直自旋，等待wasSignalled变为true。

 

　　自旋锁的缺点：

　　1.自旋锁一直占用CPU，他在未获得锁的情况下，一直运行自旋，所以占用着CPU，如果不能在很短的时 间内获得锁，这无疑会使CPU效率降低。

　　2.在用自旋锁时有可能造成死锁，当递归调用时有可能造成死锁。

 

　　可以使用-XX：+UseSpinning来打开自旋锁，使用-XX：PreBlockSpin来设置等自旋待的次数。

 

　　有些时候我们会在完全没必要的情况下用到了锁，可以使用逃逸分析和锁消除来提升系统的性能。

　　例如，下面的局部变量StringBuffer完全用不到加锁,反而会影响性能。　

public String createNewString(String a,String b){
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    return  sb.append(a).append(b);
}

　　逃逸分析和锁消除可以使用-XX:+DoEscapeAnalysis和-XX:+EliminateLocks。锁消除需要JVM工作在server模式下。

 

　　可重入锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。ReentrantLock 和synchronized 都是可重入锁。　　

public class Test implements Runnable{

    public synchronized void get(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getId());
        set();
    }

    public synchronized void set(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getId());
    }

    @Override
    public void run() {
        get();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Test ss=new Test();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
    }
}

 

　　独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，它假设最坏的情况，并且只有在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。而另一个更加有效的锁就是乐观锁。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。

 　　Atomic类型的数据类型，如AtomicInteger， AtomicLong， AtomicReference， AtomicBoolean等都可使用的是乐观锁。Atomic类型的实现是基于CAS算法的，由于需要同步的地方极少，也被称为轻量级锁。

 

　　分布式系统上还有分布式锁等。

　　　

　　对于多线程来说，死锁是非常严重的系统问题，必须修正。除了死锁，遇到很多的就是活跃度问题了。 活跃度问题主要包括：饥饿，丢失信号，和活锁等。　

　　饥饿是指线程需要访问的资源被永久拒绝，以至于不能在继续进行。 比如说：某个权重比较低的线程可能一直不能够抢到CPU周期，从而一直不能够被执行。

　　也有一些场景是比较容易理解的。对于一个固定大小的连接池中，如果连接一直被用完，那么过多的任务可能由于一直无法抢占到连接从而不能够被执行。这也是饥饿的一种表现。

 

　　丢失信号比较好理解，thread1因为conditionA被wait，thread2因为conditionB被wait，另一线程调用notify而非notifyAll，thread1被唤醒，实际是conditionB满足了，应该是thread2被唤醒.这样thread1，thread2都无法正常运行。

　　

　　活锁（Livelock）是指线程虽然没有被阻塞，但是由于某种条件不满足，一直尝试重试，却终是失败。　　

　　线程间的协同也有可能导致活锁。例如如果两个线程发生了某些条件的碰撞后重新执行，那么如果再次尝试后依然发生了碰撞，长此下去就有可能发生活锁。　　

　　解决活锁的一种方案是对重试机制引入一些随机性。例如如果检测到冲突，那么就暂停随机的一定时间进行重试。这回大大减少碰撞的可能性。