Java 中线程锁的分类
2023-12-28 15:30:48
多线程编程中的锁：确保数据一致性的关键
简介
在多线程编程中，共享数据是一把双刃剑。它允许线程协作，提高效率，但同时也带来了潜在的并发问题，例如数据竞态和死锁。为了应对这些挑战，Java 提供了丰富的锁类型，帮助程序员控制对共享数据的访问，确保其一致性和完整性。
互斥锁：排他访问共享数据
互斥锁（Mutex Lock）是最基本也是最常用的锁类型。它强制执行排他访问规则，即同一时刻只有一个线程可以访问共享数据。互斥锁使用一个二进制标志位来指示其状态，当锁被某个线程持有时，标志位为真，否则为假。
// 创建互斥锁
MutexLock lock = new MutexLock();
// 获取锁
lock.lock();
// 访问共享数据
// 释放锁
lock.unlock();
互斥锁优点在于简单易用，可以很好地保证共享数据的原子性。但是，它也存在死锁风险，并且在竞争激烈的场景下可能导致性能下降。
读写锁：并发读，排他写
读写锁（Read-Write Lock）是一种特殊类型的互斥锁，它允许多个线程同时读共享数据，但只能有一个线程写共享数据。读写锁使用两个标志位来指示其状态，一个表示读锁计数，另一个表示写锁计数。
// 创建读写锁
ReadWriteLock lock = new ReadWriteLock();
// 获取读锁
lock.readLock().lock();
// 读取共享数据
// 释放读锁
lock.readLock().unlock();
// 获取写锁
lock.writeLock().lock();
// 写入共享数据
// 释放写锁
lock.writeLock().unlock();
读写锁既能保证共享数据的原子性，又能提高并发性能。然而，它可能导致优先级反转，即低优先级的线程会饿死高优先级的线程。
条件变量：线程间通信与同步
条件变量（Condition Variable）不是严格意义上的锁，而是一种同步机制。它允许线程等待某个条件满足后再继续执行。条件变量使用一个标志位来指示条件状态，当条件满足时，标志位为真，否则为假。线程在等待条件满足时，会一直阻塞，直到标志位变为真。
// 创建条件变量
ConditionVariable condition = new ConditionVariable();
// 等待条件满足
condition.await();
// 条件满足，继续执行
条件变量在多线程编程中非常有用，可以实现线程间通信和同步。但是，它也可能导致死锁，并且在竞争激烈的场景下可能导致性能下降。
其他锁类型：特殊用途
除了上述三种常见的锁类型外，Java 还提供了其他一些锁类型，各有其特点和应用场景。
- StampedLock： 一种轻量级的锁，使用时间戳来控制对共享数据的访问。
- ReentrantLock： 一种可重入锁，允许同一个线程多次获取同一个锁。
- Semaphore： 一种计数锁，用于控制对共享资源的访问。
选择合适的锁类型
选择合适的锁类型取决于具体应用场景。一般来说，互斥锁用于保护需要排他访问的数据，读写锁用于保护需要并发读但排他写的共享数据，而条件变量用于实现线程间同步和通信。
结论
锁在多线程编程中至关重要，它们可以确保共享数据的完整性和一致性，防止并发问题。Java 提供了丰富的锁类型，包括互斥锁、读写锁和条件变量，以及其他特殊用途的锁类型。选择合适的锁类型可以有效地提高并发性能，避免死锁和数据竞态。
常见问题解答
1. 锁和同步有什么区别？
锁是一种同步机制，用于控制对共享数据的访问。同步是指协调线程执行，确保它们按预期顺序运行。
2. 死锁是如何发生的？
死锁是指两个或多个线程都持有锁并等待对方释放锁的情况。
3. 优先级反转是什么？
优先级反转是指低优先级的线程饿死高优先级的线程的情况。
4. StampedLock 与其他锁类型的区别是什么？
StampedLock 使用时间戳来控制对共享数据的访问，这使其比传统锁更轻量级。
5. Semaphore 的典型应用场景是什么？
Semaphore 通常用于控制对共享资源的并发访问，例如数据库连接池或文件句柄。
