Java多线程高级知识：揭秘 Synchronized 重量级锁的互斥原理

2023-10-14 10:59:57

前言

在上一篇文章中，我们分析了偏向锁和轻量级锁的演变过程。本篇将继续分析重量级锁的原理。通过本文，您将了解到：

重量级锁的互斥原理

重量级锁是 Java 中最传统的锁机制，也是开销最大的锁机制。当线程需要获取重量级锁时，它需要先进入内核态，然后内核会将该线程挂起，直到锁被释放。当锁被释放后，内核会将该线程唤醒，并让它继续执行。

重量级锁的互斥原理是基于操作系统的互斥机制实现的。操作系统内核提供了一系列的系统调用，允许用户进程对共享资源进行互斥访问。当一个进程需要访问共享资源时，它可以调用系统调用来获取对该资源的独占访问权。当该进程完成对共享资源的访问后，它需要调用系统调用来释放对该资源的独占访问权。

在 Java 中，重量级锁是通过 synchronized 来实现的。当一个线程需要获取重量级锁时，它可以使用 synchronized 关键字来修饰要访问的共享资源。当该线程获取到重量级锁后，其他线程将无法访问该共享资源，直到该线程释放重量级锁。

重量级锁具有以下优点：

重量级锁也具有以下缺点：

性能低： 重量级锁的性能较低。当一个线程需要获取重量级锁时，它需要先进入内核态，然后内核会将该线程挂起，直到锁被释放。当锁被释放后，内核会将该线程唤醒，并让它继续执行。这个过程会消耗大量的 CPU 时间，从而降低了程序的性能。
可伸缩性差： 重量级锁的可伸缩性较差。当一个程序有多个线程同时访问共享资源时，重量级锁会严重影响程序的性能。这是因为重量级锁是全局锁，当一个线程获取到重量级锁后，其他线程将无法访问该共享资源，从而导致其他线程被阻塞。

重量级锁适用于以下场景：

对安全性要求较高的场景： 当共享资源对安全性要求较高时，可以使用重量级锁来保护共享资源。例如，银行账户的余额就是一个对安全性要求较高的共享资源，可以使用重量级锁来保护银行账户的余额。
对可靠性要求较高的场景： 当共享资源对可靠性要求较高时，可以使用重量级锁来保护共享资源。例如，数据库中的数据就是一个对可靠性要求较高的共享资源，可以使用重量级锁来保护数据库中的数据。