一文徹底搞懂面試中常問的各種“鎖”

前言

 

鎖，顧名思義就是鎖住一些資源，當只有我們拿到鑰匙的時候，才能操作鎖住的資源。在我們的Java，數據庫，還有一些分布式的環境中，總是充斥着各種各樣的鎖讓人頭疼，例如“公平鎖”、“自旋鎖”、“讀寫鎖”、“分布式鎖”等等。

 

其實真實的情況是，鎖並沒有那么多，很多概念只是從不同的功能特性，設計，以及鎖的狀態這些不同的側重點來說明的，因此我們可以根據不同的分類來搞明白為什么會有這些“鎖”？坐穩扶好了，准備開車。

 

正文

 

“公平鎖”與“非公平鎖”

 

• 公平鎖:指線程在等待獲取同一個鎖的時候，是嚴格按照申請鎖的時間順序來進行的，這就意味着在程序正常運作的時候，不會有線程執行不到，而被“餓死”，但是也需要額外的機制來維護這種順序，所以效率相對於非公平鎖會差點。

   

• 非公平鎖：概念跟“公平鎖”恰恰相反，隨機線程獲取鎖，相率相對高。

 

new ReentrantLock(); //默認非公平鎖
new ReentrantLock(true); //公平鎖

 

 

“重入鎖(遞歸鎖)”與“不可重入鎖（自旋鎖）”

 

這里要注意了，重入/遞歸，不可重入/自旋，雖然名字不同，但是確實是同一種鎖，只是從鎖的表現跟實現方式的角度來命名而已。

 

重入鎖：當一個線程獲取了A鎖以后，若后續方法運行被A鎖鎖住的話，當前線程也是可以直接進入的。

 

public class Demo {
  private Lock lockA;
 
  public Demo(Lock Lock) {
    this.lockA = lock;
  }
 
  public void methodA() {
    lockA.lock();
    methodB();
    lockA.unlock();
  }
 
  public void methodB() {
    lockA.lock();
    //dosm
    lockA.unlock();
  }
  }

當我們運行methodA()的時候，線程獲取了lockA，然后調用methodB()的時候發現也需要lockA，由於這是一個可重入鎖，所以當前線程也是可以直接進入的。在java中，synchronized跟ReetrantLock都是可重入鎖。

 

不可重入鎖：以上面的代碼實例來說明，就是methodA進入methodB的時候不能直接獲取鎖，必須先調用unLock釋放鎖。才能執行下去，那實現不可重入鎖有什么方式呢？那就是自旋，所以會有一個小名叫做自旋鎖。

 

public class SpinLock {

  private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();

  public void lock(){
    Thread current = Thread.currentThread();
    while(!sign .compareAndSet(null, current)){
    }
  }

  public void unlock (){
    Thread current = Thread.currentThread();
    sign .compareAndSet(current, null);
  }
}

 

 “悲觀鎖”與“樂觀鎖”

 

這兩種鎖呢，其實是一個很宏觀的分類，它不是一種具體的鎖，而是泛指看待並發的程度。

 

悲觀鎖：有一個“悲觀”的心態，既每次取數據的時候，都會認為該數據會被修改，所以必須加一把鎖才安心。

 

樂觀鎖：樂觀的孩子，認為同一個數據不會發生並發操作的行為，所以取的時候不會加鎖，只有在更新的時候，會通過例如版本號之類的來判斷是否數據被修改了。

 

Java中各種鎖其實都是悲觀鎖的實現，既操作的數據的都會被獲取鎖的線程鎖住，而樂觀鎖的話，一般是通過cas（compare and swap）的思想來實現，例如一些原子類AtomicInteger使用自旋來原子更新。

 

“共享鎖”與“排他鎖”

 

這兩種鎖的概念比較多的出現在數據庫的事務當中。

 

共享鎖：也稱讀鎖或S鎖。如果事務對數據A加上共享鎖后，則其他事務只能對A再加共享鎖，不能加排它鎖。獲准共享鎖的事務只能讀數據，不能修改數據。在java中的ReetrantReadWriteLock()也是如此。

 

排它鎖：也稱獨占鎖、寫鎖或X鎖。如果事務對數據A加上排它鎖后，則其他事務不能再對A加任何類型的鎖。獲得排它鎖的事務即能讀數據又能修改數據。

 

分布式鎖

我們上面聊的這些鎖，都是在單個程序上面的不同線程之間來實現的，那么當我們的不同程序需要去競爭同一塊資源的時候，這就需要分布式鎖了，我們可以通過redis、zookeeper等中間件來實現分布式鎖。

 

對於鎖來說，其實還有偏向鎖，輕量級鎖等，但是這里涉及到的內容就比較多，這里就不在展開篇幅介紹了，有興趣的同學可自行研究，如果你能搞懂上面介紹的這些鎖，那基本上在絕大部分的公司關於“鎖”的問題都可以迎刃而解。