鎖匯總

• 2019 年 10 月 4 日
• 筆記

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各種鎖的匯總

在學習中經常會接觸到各種各樣的鎖，行級鎖、表級鎖、頁級鎖、悲觀鎖、樂觀鎖、重入鎖、共享鎖、排他鎖 等等等等。今天就來總結一下這些各種各樣的鎖。

目前收集到的：行級鎖、表級鎖、頁級鎖、悲觀鎖、樂觀鎖、重入鎖、共享鎖、排他鎖、公平鎖、非公平鎖、自旋鎖、互斥鎖、無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖

• 面向多層面的鎖思想：悲觀鎖、樂觀鎖
• 資料庫方向的鎖：行級鎖、表級鎖、頁級鎖、共享鎖（讀鎖、S鎖）、排他鎖（寫鎖、X鎖）、更新鎖
• 多執行緒方向的鎖：重入鎖、公平鎖、非公平鎖、自旋鎖、互斥鎖
• 執行緒在JVM與作業系統層面的鎖：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖

按粒度分：行級鎖、表級鎖、頁級鎖

按鎖級別分：共享鎖（讀鎖、S鎖）、排他鎖（寫鎖、X鎖）、更新鎖

按使用方式分：樂觀鎖、悲觀鎖

按搶佔方式分：公平鎖、非公平鎖

按執行緒用戶態與內核態切換狀態分：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖

面向多層面的鎖思想

樂觀鎖

樂觀鎖假設認為數據一般情況下不會造成衝突，所以在數據進行提交更新的時候，才會正式對數據的衝突與否進行檢測，如果發現衝突了，則讓返回用戶錯誤的資訊，讓用戶決定如何去做。可以通過版本號或時間戳的方式實現。 特點：樂觀並發控制相信事務之間的數據競爭的概率是比較小的，因此儘可能直接做下去，直到提交的時候才去鎖定，所以不會產生任何鎖和死鎖。但如果直接簡單這麼做，還是有可能會遇到不可預期的結果，例如兩個事務都讀取了資料庫的某一行，經過修改以後寫回資料庫，這時就遇到了問題。

悲觀鎖

悲觀鎖，正如其名，它指的是對數據被外界，因此，在整個數據處理過程中，將數據處於鎖定狀態。 特點：悲觀並發控制實際上是「先取鎖再訪問」的保守策略，為數據處理的安全提供了保證。但是在效率方面，處理加鎖的機制會讓資料庫產生額外的開銷，還有增加產生死鎖的機會；另外，在只讀型事務處理中由於不會產生衝突，也沒必要使用鎖，這樣做只能增加系統負載；還有會降低了並行性，一個事務如果鎖定了某行數據，其他事務就必須等待該事務處理完才可以處理那行數據。

資料庫方向的鎖

共享鎖（讀鎖、S鎖）

又稱讀鎖，若事務T對數據對象A加上S鎖，則事務T可以讀A但不能修改A，其他事務只能再對A加S鎖，而不能加X鎖，直到T釋放A上的S鎖。這保證了其他事務可以讀A，但在T釋放A上的S鎖之前不能對A做任何修改。

排他鎖（寫鎖、X鎖）

又稱寫鎖。若事務T對數據對象A加上X鎖，事務T可以讀A也可以修改A，其他事務不能再對A加任何鎖，直到T釋放A上的鎖。這保證了其他事務在T釋放A上的鎖之前不能再讀取和修改A。

更新鎖

更新 (U) 鎖可以防止通常形式的死鎖。一般更新模式由一個事務組成，此事務讀取記錄，獲取資源（頁或行）的共享 (S) 鎖，然後修改行，此操作要求鎖轉換為排它 (X) 鎖。如果兩個事務獲得了資源上的共享模式鎖，然後試圖同時更新數據，則一個事務嘗試將鎖轉換為排它 (X) 鎖。共享模式到排它鎖的轉換必須等待一段時間，因為一個事務的排它鎖與其它事務的共享模式鎖不兼容；發生鎖等待。第二個事務試圖獲取排它 (X) 鎖以進行更新。由於兩個事務都要轉換為排它 (X) 鎖，並且每個事務都等待另一個事務釋放共享模式鎖，因此發生死鎖。 若要避免這種潛在的死鎖問題，請使用更新 (U) 鎖。一次只有一個事務可以獲得資源的更新 (U) 鎖。如果事務修改資源，則更新 (U) 鎖轉換為排它 (X) 鎖。否則，鎖轉換為共享鎖。

行級鎖

行級鎖是Mysql中鎖定粒度最細的一種鎖，表示只針對當前操作的行進行加鎖。行級鎖能大大減少資料庫操作的衝突。其加鎖粒度最小，但加鎖的開銷也最大。 特點：開銷大，加鎖慢；會出現死鎖；鎖定粒度最小，發生鎖衝突的概率最低，並發度也最高。

表級鎖

表級鎖是MySQL中鎖定粒度最大的一種鎖，表示對當前操作的整張表加鎖，它實現簡單，資源消耗較少，被大部分MySQL引擎支援。最常使用的MYISAM與INNODB都支援表級鎖定。 特點：開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發出鎖衝突的概率最高，並發度最低。

頁級鎖

頁級鎖是MySQL中鎖定粒度介於行級鎖和表級鎖中間的一種鎖。表級鎖速度快，但衝突多，行級衝突少，但速度慢。所以取了折衷的頁級，一次鎖定相鄰的一組記錄。 特點：開銷和加鎖時間界於表鎖和行鎖之間；會出現死鎖；鎖定粒度界於表鎖和行鎖之間，並發度一般

多執行緒方向的鎖

重入鎖

重進入是指任意執行緒在獲取到鎖之後，再次獲取該鎖而不會被該鎖所阻塞。關聯一個執行緒持有者+計數器，重入意味著鎖操作的顆粒度為「執行緒」。 重入鎖的實現方式：每個鎖關聯一個執行緒持有者和計數器，當計數器為0時表示該鎖沒有被任何執行緒持有，那麼任何執行緒都可能獲得該鎖而調用相應的方法；當某一執行緒請求成功後，JVM會記下鎖的持有執行緒，並且將計數器置為1；此時其它執行緒請求該鎖，則必須等待；而該持有鎖的執行緒如果再次請求這個鎖，就可以再次拿到這個鎖，同時計數器會遞增；當執行緒退出同步程式碼塊時，計數器會遞減，如果計數器為0，則釋放該鎖

公平鎖

Java的執行緒從 Runnable 狀態轉向 Running 狀態的過程中需要獲取時間片，公平鎖按進入順序依次分配時間片，即先來先服務 FIFO 的思想。

非公平鎖

非公平鎖相對於公平鎖，主要體現的是隨機性。Java的執行緒從 Runnable 狀態轉向 Running 狀態時實行搶佔機制獲取時間片。

自旋鎖

自旋鎖的核心：不放棄時間片。執行緒獲取不到鎖,就會被阻塞掛起,等其他執行緒釋放鎖的時候,才被喚醒起來。執行緒掛起和喚醒是需要轉入到內核態完成的，這些操作對系統的並發性能會帶來影響。其實有時候執行緒雖然沒法立刻獲取到鎖,但是也可能很快就會獲取到鎖。JVM採用了一種叫自旋鎖的機制,讓獲取不到鎖的執行緒執行一個空的循環,一段時間後,如果還是沒法獲取鎖,執行緒才會被掛起。 如果鎖競爭不嚴重的情況下,且任務執行時間不長,那麼可以嘗試使用自旋鎖。 缺點：如果執行緒執行的任務需要非常長的時間，或者執行緒對共享數據的競爭相當激烈,那麼使用自旋鎖的效率就很低。因為自旋的過程中，一直無法獲取到鎖，一直在白白的浪費CPU的資源。

互斥鎖

保證在同一時刻只有一個執行緒對其進行操作。比如最常見的 synchronized。

執行緒在JVM與作業系統層面的鎖

先了解一些關於執行緒在 JVM 與作業系統層面的基礎知識

• java執行緒阻塞的代價 java的執行緒是映射到作業系統原生執行緒之上的，如果要阻塞或喚醒一個執行緒就需要作業系統介入，需要在戶態與核心態之間切換，這種切換會消耗大量的系統資源，因為用戶態與內核態都有各自專用的記憶體空間，專用的暫存器等，用戶態切換至內核態需要傳遞給許多變數、參數給內核，內核也需要保護好用戶態在切換時的一些暫存器值、變數等，以便內核態調用結束後切換回用戶態繼續工作。 如果執行緒狀態切換是一個高頻操作時，這將會消耗很多CPU處理時間； 如果對於那些需要同步的簡單的程式碼塊，獲取鎖掛起操作消耗的時間比用戶程式碼執行的時間還要長，這種同步策略顯然非常糟糕的。 synchronized會導致爭用不到鎖的執行緒進入阻塞狀態，所以說它是java語言中一個重量級的同步操縱，被稱為重量級鎖，為了緩解上述性能問題，JVM從1.5開始，引入了輕量鎖與偏向鎖，默認啟用了自旋鎖，他們都屬於樂觀鎖。

明確java執行緒切換的代價，是理解java中各種鎖的優缺點的基礎之一。

• markword

• 鎖的升級 Java SE1.6為了減少獲得鎖和釋放鎖所帶來的性能消耗，引入了「偏向鎖」和「輕量級鎖」，所以在Java SE1.6里鎖一共有四種狀態，無鎖狀態，偏向鎖狀態，輕量級鎖狀態和重量級鎖狀態，它會隨著競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級，意味著偏向鎖升級成輕量級鎖後不能降級成偏向鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。 偏向鎖 偏向鎖(Biased Lock)主要解決無競爭下的鎖性能問題。偏向鎖，顧名思義，它會偏向於第一個訪問鎖的執行緒，如果在運行過程中，同步鎖只有一個執行緒訪問，不存在多執行緒爭用的情況，則執行緒是不需要觸發同步的，這種情況下，就會給執行緒加一個偏向鎖。 如果在運行過程中，遇到了其他執行緒搶佔鎖，則持有偏向鎖的執行緒會被掛起，JVM會消除它身上的偏向鎖，將鎖恢復到標準的輕量級鎖。 輕量級鎖 輕量級鎖是由偏向鎖升級來的，偏向鎖運行在一個執行緒進入同步塊的情況下，當第二個執行緒加入鎖爭用的時候，偏向鎖就會升級為輕量級鎖。

重量級鎖 重量級鎖，就是讓爭搶鎖的執行緒從用戶態轉換成內核態。讓cpu藉助作業系統進行執行緒協調。 三種鎖的對比