1. 背景

在JDK1.6以前，synchronized 的工作方式都是這種重量級的鎖。它的實現(xiàn)原理就是利用 kernel 中的互斥量,mutex。主要是內(nèi)核中的mutex 能夠保證它是一個互斥的量。如果線程1拿到了 mutex,那么線程2就拿不到了。這是內(nèi)核幫我們保證的。

至于為什么可以，可以去了解一下內(nèi)核中的互斥量。

2. 為啥叫做重量級鎖

內(nèi)核需要去申請這個互斥量，必須要進入內(nèi)核態(tài)。也就是這里需要用戶態(tài)，內(nèi)核態(tài)的切換。狀態(tài)的切換，開銷是比較大的。這就是重型鎖的一個弊端。對于重型鎖的一些主要的封裝都是在 c 語言中的 pthread 這樣一個庫中，比如mutex_init, mutex_lock 等。之所以叫重量級鎖，就是因為需要進入到內(nèi)核態(tài)。

3. 能否在用戶態(tài)實現(xiàn)一把互斥鎖

我們不需要進入到內(nèi)核態(tài)就能夠獲取到這樣的一把鎖，也就是在用戶態(tài)就可以實現(xiàn)一把鎖。

比如說，現(xiàn)在就有一把鎖，就叫做 state。0:表示未被使用，1 表示鎖被占用了。

lock 的實現(xiàn)

如果鎖當前是被占用的狀態(tài)，那么程序就一直死循環(huán)。如果某個時刻，有一個線程把鎖釋放了，那么就退出死循環(huán)，執(zhí)行下一行 state = 1。而且持有者=當前線程。也就是 state = 0的時候，就可以任務當前線程可以拿到這把鎖了。

unlock 的實現(xiàn)

釋放鎖的時候，首先需要判斷一下當前持有鎖的線程是不是當前線程。如果是當前線程，那么就將 state 置為0， 持有者 = null。

當前設計方式存在的問題

while(state==1); state = 1;其實可以認為這個是比較賦值倆步操作，先比較，符合條件了，再進行賦值。那么其實這不是原子性的。比如說在比較的時候，倆個線程同時進行了比較，這倆個線程同時發(fā)現(xiàn)state = 0，那么這倆個線程同時都去會執(zhí)行 state = 1的操作，這倆個線程都認為自己拿到了鎖，那么這個就產(chǎn)生了并發(fā)的問題了。

如何改進這個問題呢？

我們看到比較和賦值不是原子性的，在軟件層面，我們也無法保證這倆步的原子性。所以，計算機給我們提供了原語，也就是 CAS。=

那么我們來看一下如何改進呢？ 我們把比較賦值這倆步操作，變成了一個原語操作，CAS。比較并交換。CAS中有三個參數(shù)，cas(state,0,1)。比較state的當前值是不是0，如果是0，那么就賦值為1。

再看看一下 unlock的操作。 在unlock操作中，其實也是一個比較賦值的操作，首先判斷當前持有者是不是當前線程，如果是，再進行賦值。

那為什么這里不需要用cas呢？因為必定是持有鎖的線程才能執(zhí)行到下一行。

而且賦值操作中，先賦值 持有者 = null。再賦值 state = 0。

因為如果先執(zhí)行 state = 0, 那么就相當于先釋放掉這把鎖了，另外一個線程就會執(zhí)行 lock 成功，拿到鎖，持有者 = 當前線程。

那么就可能會帶來一些問題。因為此時釋放掉的鎖并不是當前線程持有的鎖。

這種鎖也叫做自旋鎖。

自旋鎖的優(yōu)點與缺點

自旋鎖，spinLock。自旋鎖不需要進入到內(nèi)核態(tài)，整個程序的執(zhí)行都是在用戶態(tài)的，包括cas。但是cas不是計算機的原語嗎？因為計算機的指令和用戶態(tài)，內(nèi)核態(tài)沒有關(guān)系。

自旋鎖當然也有缺點。 lock 操作如果一直沒有拿到鎖的話，會一直嘗試。這是需要消耗cpu資源的。 所以自旋鎖對于鎖競爭比較激烈的情況下，是不適用的。

總結(jié)

mutex鎖和自旋鎖各有優(yōu)缺點，那么我們能不能把這倆者結(jié)合一下呢？

JDK 1.4 以前是借助內(nèi)核中的 Mutex 互斥量； JDK1.4 以后是利用自旋鎖，自旋n次以后，還是沒有拿到鎖的話，就切換到mutex。

也就是將自旋鎖和mutex進行了一個結(jié)合。因為mutex 加鎖失敗以后，會掛起，讓出cpu資源。這樣的話，算是對資源的一個合理利用。

JDK1.4以前，我們是可以設置自旋次數(shù)的，但是1.6以后，JDK可以自適應自旋，不用設置這個參數(shù)了。

當然現(xiàn)在我們所說的都是重量級鎖。包括mutext, 自旋鎖，自適應自旋鎖。

到此這篇關(guān)于Java中的synchronized重量級鎖解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)synchronized重量級鎖內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論