锁的定义和实现、分类

什么是锁？

通过一种抽象的锁来对资源进行锁定。具体来说：操作修改一个数据，在同一时刻只允许一个线程操作，操作完毕才能轮到下一个线程。

在这个过程中，是什么阻止了另一个线程的操作？即是“锁”。

 

Java锁机制：

（主要发生在堆和方法区等线程共享的数据区域）

java中每个对象都有一把锁，锁记录在对象头中。

Object = **对象头 + 实例数据 + 对齐填充字节（Java对象大小必须满足8bit的倍数）

对象头=Mark word+Class pointer

Mark word=锁标志位信息(另有GC+HashCode)，如下图：

 

无锁-->偏向锁-->轻量级锁-->重量级锁 四种状态的解释：

代表：synchronized

synchronized底层：monitor，monitor依赖于操作系统：mutex lock

（实际上，synchronized就是monitor管程在java中的实现，有关monitor(管程)的更多信息移步）

挂起和唤醒线程需要切换到内核态，Java6开始synchronized开始优化，引入了偏向锁和轻量级锁。

总结锁的四种状态从低到高为：

无锁-->偏向锁-->轻量级锁-->重量级锁 （锁只能升级不能降级）(对应了Mark word中的四种状态)：

无锁：CAS，即不通过锁来操作数据

偏向锁：（no mutex lock，no cas），通过线程ID(MarkWord中)直接识别，无竞争状态

轻量锁：自旋(cpu空转)等待数量为1，即有1个竞争者

重量级锁：自旋等待数量超过1，有多个竞争者，即monitor

 

锁的抽象分类：

悲观锁

代表：互斥锁

 

乐观锁(无锁)

代表：CAS（由CPU提供指令级别原子操作）

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Main {
    static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<3;i++){
            Thread t = new Thread(() -> {
                while (num.get() < 1000) {
                    System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName() + ":" + num.incrementAndGet());
                }
            });
            t.start();
        }
    }
}

 

操作系统的锁：synchronized

函数级别的锁：AQS