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Java中的锁机制主要涉及到两种类型的锁:悲观锁和乐观锁。悲观锁假设会发生并发冲突,因此在访问共享资源之前先获取锁。乐观锁则假设不会发生并发冲突,直接进行操作,但在更新时会检查是否有其他线程对共享资源进行了修改。
在Java中,悲观锁的主要实现是通过synchronized关键字和ReentrantLock类。当一个线程获取到锁后,其他线程需要等待锁的释放才能继续执行。锁的升级过程指的是锁从无锁状态到偏向锁、再到轻量级锁和重量级锁的转变。
下面是锁的升级过程的详细解释:
- 无锁状态(Unlocked): 当一个线程访问一个没有被锁住的对象时,它处于无锁状态。此时,不会涉及任何锁的机制。
- 偏向锁(Biased Locking): 当只有一个线程访问一个同步块时,对象会被偏向于该线程,此时会将对象的标记设置为偏向锁。在下次该线程进入同步块时,无需再次获取锁,可以直接进入。这样可以减少锁的竞争和降低开销。如果其他线程尝试获取偏向锁,会撤销偏向锁,升级为轻量级锁。
- 轻量级锁(Lightweight Locking): 如果偏向锁失败,即有多个线程竞争同步块,那么会升级为轻量级锁。轻量级锁通过CAS(Compare and Swap)操作来实现锁的获取和释放,避免了线程阻塞和唤醒的开销。如果CAS操作失败,说明有多个线程争用锁,会升级为重量级锁。
- 重量级锁(Heavyweight Locking): 如果多个线程竞争同步块,且轻量级锁的CAS操作失败,那么会升级为重量级锁。重量级锁使用操作系统提供的互斥量来实现锁的获取和释放,涉及线程的阻塞和唤醒。在锁的升级过程中,涉及线程切换的开销较大。
Java中的锁升级过程是由JVM自动管理和执行的,开发者无需显式干预。JVM根据线程竞争的情况和程序运行的特性来决定锁的升级策略,以提供最佳的性能和并发效果。
锁的升级过程是为了在不同的并发场景下提供合适的锁机制,以平衡性能和资源消耗。在大多数情况下,偏向锁和轻量级锁能够提供较好的性能表现,只有在高度竞争的情况下才会升级为重量级锁。因此,合理使用锁的类型和粒度是编写高效并发程序的重要考虑因素。
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