Java锁：重入锁，读写锁，乐观锁，悲观锁，CAS无锁模式(Java并发锁详解：重入锁、读写锁、乐观锁、悲观锁及CAS无锁机制)

原创

ithorizon 6个月前 (10-20) 阅读数 21 #后端开发

Java锁：重入锁、读写锁、阳光锁、悲观失望锁及CAS无锁机制详解

一、Java并发编程概述

在Java并发编程中，锁是一种常用的同步机制，用于保证多线程环境下共享资源的正确性和一致性。本文将详细介绍Java中的几种常用锁：重入锁、读写锁、阳光锁、悲观失望锁以及CAS无锁机制。

二、重入锁（ReentrantLock）

重入锁（ReentrantLock）是Java提供的一种显示锁，它实现了Lock接口。与synchronized关键字相比，重入锁提供了更多灵活的同步控制方法，如可中断的锁获取、尝试非阻塞地获取锁、拥护公平锁等。

2.1 重入锁的基本使用

以下是一个使用重入锁的示例：


public class ReentrantLockDemo {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void lockMethod() {
        lock.lock();
        try {
            // 执行同步操作
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

2.2 重入锁的进阶使用

重入锁还提供了以下进阶功能：

可中断的锁获取：通过lockInterruptibly()方法，可以允许线程在等待锁的过程中被中断。

尝试非阻塞地获取锁：通过tryLock()方法，可以尝试获取锁，如果锁已被其他线程持有，则立即返回false，不会致使当前线程阻塞。

拥护公平锁：通过构造方法传入true，可以创建一个公平锁，确保按照请求锁的顺序来获得锁。

三、读写锁（ReadWriteLock）

读写锁（ReadWriteLock）是一种特殊的锁，它允许多个线程同时读取共享资源，但在写入时需要独占访问。读写锁分为读锁（共享锁）和写锁（排他锁）。

3.1 读写锁的基本使用

以下是一个使用读写锁的示例：


public class ReadWriteLockDemo {
    private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private final Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    private final Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
    public void readMethod() {
        readLock.lock();
        try {
            // 执行读取操作
        } finally {
            readLock.unlock();
        }
    }
    public void writeMethod() {
        writeLock.lock();
        try {
            // 执行写入操作
        } finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
}

四、阳光锁与悲观失望锁

阳光锁和悲观失望锁是两种不同的锁策略，它们在处理并发冲突时采取了不同的做法。

4.1 悲观失望锁

悲观失望锁认为在大部分情况下，多个线程会同时修改同一资源，由此在操作资源之前先加锁。synchronized关键字和ReentrantLock都属于悲观失望锁。

4.2 阳光锁

阳光锁认为在大部分情况下，多个线程不会同时修改同一资源，由此在操作资源时不加锁，而是在更新资源时检查是否有其他线程同时修改了资源。阳光锁通常通过版本号或时间戳来实现。


public class OptimisticLockDemo {
    private int version;
    public boolean update(int newValue) {
        int oldVersion = version;
        // 检查版本号，确保没有其他线程修改过资源
        if (version != oldVersion) {
            return false; // 更新未果，资源已被其他线程修改
        }
        // 执行更新操作
        version = newValue;
        return true; // 更新成就
    }
}

五、CAS无锁模式

CAS（Compare And Swap）是一种无锁的并发控制方法，它通过比较和交换来实现线程间的同步。CAS操作通常由硬件指令直接拥护，具有较高的性能。

5.1 CAS的基本原理

CAS操作包含三个操作数：

内存位置V：需要更新的变量

预期值A：假设的当前值

新值B：需要更新的值

CAS操作流程如下：

比较内存位置V的值与预期值A，如果相等，则将内存位置V的值更新为新值B。

如果不相等，描述内存位置V的值已经被其他线程修改，则放弃更新。

5.2 CAS的应用示例

以下是一个使用CAS实现原子操作的示例：


public class CasDemo {
    private int value;
    public void compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
        while (true) {
            if (value == expectedValue) {
                value = newValue;
                break;
            }
        }
    }
}