Java锁机制

synctronized 是互斥锁吗？

ChatGPT

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是的，synchronized 是一种互斥锁机制。在Java中，synchronized 关键字用于实现同步机制，确保在多线程环境下对共享资源的访问是安全的。

当一个线程进入**synchronized代码块或方法时，它会尝试获取锁。如果锁已经被其他线程持有，那么当前线程将被阻塞，直到它能够获取到锁为止。这种方式确保了同一时刻只有一个线程能够执行被synchronized**保护的代码，从而避免了多线程并发访问共享资源时可能引发的竞态条件和数据不一致性问题。

示例：

javaCopy code
public class SynchronizedExample {
    private int counter = 0;

    // synchronized 方法
    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }

    // synchronized 代码块
    public void performSomeOperation() {
        synchronized (this) {
            // 执行需要同步的操作
        }
    }
}

在上述例子中，**increment方法和synchronized代码块都使用了synchronized关键字，确保了对counter的操作是原子的，即同一时刻只有一个线程能够执行这些代码。这样可以防止多个线程同时修改counter**导致的数据不一致问题。

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You

这种重量级锁会涉及到操作系统的用户态到内核台的切换吗？

ChatGPT

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是的，synchronized 关键字实现的锁通常会涉及到用户态和内核态之间的切换。这种切换是由于锁的竞争和等待导致的阻塞操作，需要操作系统的调度机制来进行线程切换。

当一个线程在进入 synchronized 块或方法时发现锁已经被其他线程持有，它会进入阻塞状态，同时通知操作系统将该线程切换出 CPU。这时候，该线程会从用户态切换到内核态，操作系统会进行调度，选择另一个就绪状态的线程来执行。

当锁的持有者释放锁时，等待的线程会被唤醒，重新进入就绪状态。然后，操作系统再次进行调度，决定哪个线程可以获取锁并运行。

这种用户态到内核态的切换是一种开销较大的操作，尤其在高并发的情况下，会导致性能下降。因此，对于高并发、对性能要求较高的场景，通常会考虑使用更轻量级的锁机制，例如**java.util.concurrent**包中提供的锁实现，以减少用户态到内核态的切换次数。

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You

那么自学锁/读写锁、公平锁、偏向锁等都是什么样的锁，他们会涉及到用户态与内核台的切换吗？

ChatGPT

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不同类型的锁有不同的实现机制，它们的性能特征以及是否涉及用户态与内核态的切换也各不相同。下面简要介绍几种锁的特性：

1. 自旋锁：
   • 自旋锁是一种忙等待的锁，线程在获取锁时不会进入阻塞状态，而是在循环中持续尝试获取锁，直到成功或达到最大尝试次数。
   • 自旋锁通常不涉及用户态与内核态的切换，因为线程一直处于用户态，没有阻塞。
2. 读写锁：
   • 读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入。这可以提高读多写少场景下的并发性能。
   • 读写锁的实现通常会涉及到用户态与内核态的切换，特别是在写入时，可能需要阻塞其他读取和写入操作。
3. 公平锁：
   • 公平锁是一种保证线程按照请求的顺序获取锁的机制。当一个线程请求公平锁时，如果锁已经被其他线程占用，该线程会进入等待队列，按照先后顺序等待获取锁。
   • 公平锁的实现通常涉及到用户态与内核态的切换，因为线程需要在队列中等待。
4. 偏向锁：
   • 偏向锁是为了在无竞争情况下减少锁的性能开销而设计的。当一个线程首次访问同步块时，偏向锁会记录下这个线程的ID，并标记为偏向锁状态。后续该线程再次获取同步块时，无需进行竞争，直接获取锁。
   • 偏向锁通常不会涉及到用户态与内核态的切换，因为只有单个线程涉及到锁的获取。

总体而言，不同类型的锁在实现上有差异，涉及到用户态与内核态的切换也取决于锁的具体实现和使用场景。在设计应用时，需要根据并发需求和性能要求选择适当的锁机制。

什么是乐观锁、悲观锁？有哪些场景使用？

ChatGPT

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乐观锁（Optimistic Locking） 和 悲观锁（Pessimistic Locking） 是两种处理并发访问的不同策略。

1. 乐观锁：
   • 乐观锁的核心思想是认为在绝大多数情况下，对数据的修改操作不会发生冲突，因此不需要加锁。在进行更新操作之前，先获取数据的版本号或时间戳等标识，然后在写回数据时检查这个标识是否发生变化，如果没有变化，表示没有冲突，更新成功；如果发生变化，表示有冲突，需要进行相应的处理（例如回滚事务或者重试）。
   • 适用场景： 适用于读多写少的场景，当冲突较为罕见时，乐观锁可以提高系统的并发性能。
   • 常见实现： 数据库中的版本号机制、时间戳等。
2. 悲观锁：
   • 悲观锁的核心思想是认为并发访问的冲突很常见，因此在进行操作前先对数据进行加锁，确保在同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。
   • 适用场景： 适用于写多的场景，或者在并发访问时冲突概率较高的情况。
   • 常见实现： synchronized 关键字、数据库中的行级锁。

场景使用：

1. 乐观锁：
   • 适用于对冲突较为罕见，读操作频繁的场景。
   • 数据库中，当更新操作相对较少，且并发写入冲突较少时，可以考虑使用乐观锁。
2. 悲观锁：
   • 适用于写入操作较多，或者冲突概率较高的场景。
   • 数据库中，当更新操作较为频繁，或者需要确保事务的一致性时，可以考虑使用悲观锁。

选择乐观锁还是悲观锁取决于具体的应用场景和需求。在实际设计中，通常需要根据业务的读写比例、并发程度等因素来选择合适的并发控制机制。