锁的介绍和分类(轻量级锁重量级锁偏向锁自旋锁互斥锁)

article/2025/8/19 3:11:20

公平锁非公平锁

非公平锁

公平锁

可重入锁不可重入锁

可重入锁（递归锁）

不可重入锁

轻量级锁重量级锁偏向锁

重量级锁

自旋锁(循环上锁)

轻量级锁

轻量级锁的释放

偏向锁

自旋锁和互斥锁

自旋锁

互斥锁

为何要使用自旋锁

自旋锁可能潜在的问题

参考：

公平锁非公平锁

非公平锁

非公平锁是抢占式的，有优先级区分的线程争夺锁。
包括：
synchronized关键字
ReentrantLock默认创建的也是非公平锁

公平锁

公平锁是先到先得的原则，排队获取。
new ReentrantLock(true)

可重入锁不可重入锁

可重入锁（递归锁）

可重入锁也叫递归锁，指的是同步方法内调用加锁方法，只需要获取最外层锁即可畅通无阻，内部的其他锁不再需要获取，可直接访问。这种设计可以极大的减少锁控制（如果是可重入锁，只需要控制最外层的锁即可），避免锁控制混乱或释放不及时导致死锁发生的概率。

不可重入锁

只能进入一次，在同步方法内如果要获取同一把锁就会死锁。

轻量级锁重量级锁偏向锁

重量级锁

和monitor相关联属于重量级锁，因为有和操作系统的交互，会占用较多资源，所以有了轻量级锁和偏向锁。三者可以在对象的markword字段中后三位二进制数得到，01是正常状态和偏向锁状态，00是轻量级锁，10是重量级锁。

自旋锁(循环上锁)

重量级锁竞争的时候可以使用自旋来进行优化。

重量级锁会有阻塞，阻塞再唤醒就会有线程的上下文切换，效率较低。

于是在一个线程上锁时发现对象已经被占用，这时不会立马进入阻塞队列，而是会连续几次进行上锁的尝试。

这样会减少一些线程的阻塞，提升效率。自旋锁在单核cpu下没有意义，反而降低程序效率。

轻量级锁

轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。

如果没有锁膨胀，轻量级锁没有和操作系统的交互。

创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程都的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word 。

在进行锁定时，通过CAS（compare and swap）和该对象头中的mark word进行比较交换，如果成功了，那么此时 锁记录中就会存放对象头的mark word（ hashcode epoch age等数据），对象的mark word就会被替换为一个64位的二进制数(末尾是00 表明是轻量级锁)，表示该对象被某个线程锁了。

如果CAS不成功，就会进入锁重入或者锁膨胀（升级为重量级锁）

上锁过程，如果该线程的子方法里面还要加锁，那么就会发生锁重入，即再在前面的栈帧上方建立新的栈帧，里面同样维护着一个lock record内存，引用的对象依然时同一个，不过存放mark word 的地方存放null，因为不能进行CAS了。

锁膨胀就是当另一个线程想要CAS一个对象时，发现该对象已经被上锁，那么这时就会进入锁膨胀：

为该对象申请一个 monitor对象，然后第一个线程的栈帧中锁记录中的的object的地址就不是刚才的轻量级锁的标识了，就会指向monitor的地址，表明自己是一个重量级锁锁定的对象，同时后一个线程进入 entrylist，阻塞。

轻量级锁的释放

线程释放锁的时候如果CAS成功，那么说明没有发生锁膨胀，正常CAS设置锁对象的mark word即可。

线程释放锁的时候，CAS失败，就会进入重量级锁的解锁流程，即找到monitor对象，把owner设置为null，唤醒entrylist中的blocked线程。

这样的话就比重量级锁的开销更小，效率更高。

偏向锁

进一步优化轻量级锁（CAS导致效率变低），使用线程id来替换markword

而不是采用锁记录CAS markword。

每次只需要检查id是不是一个线程的即可。

自旋锁和互斥锁

多线程中，对共享资源进行访问，为了防止并发引发的相关问题，一般都是引入锁的机制来处理并发问题。java获取到资源的线程A对这个资源加锁，其余线程好比B要访问这个资源首先要得到锁，而此时A持有这个资源的锁，只有等待线程A逻辑执行完，释放锁，这个时候B才能获取到资源的锁进而获取到该资源。

这个过程当中，A一直持有着资源的锁，那么没有获取到锁的其余线程好比B怎么办？一般就会有两种方式：

1. 一种是没有得到锁的进程就直接进入阻塞（BLOCKING），这种就是互斥锁缓存

2. 另一种就是没有得到锁的进程，不进入阻塞，而是一直循环着，看是否可以等到A释放了资源的锁。

自旋锁

自旋锁（spin lock）是一种非阻塞锁，也就是说，若是某线程须要获取锁，但该锁已经被其余线程占用时，该线程不会被挂起，而是在不断的消耗CPU的时间，不停的试图获取锁。

互斥锁

互斥量（mutex）是阻塞锁，当某线程没法获取锁时，该线程会被直接挂起，该线程再也不消耗CPU时间，当其余线程释放锁后，操做系统会激活那个被挂起的线程，让其投入运行。

而《linux内核设计与实现》常常提到两种态，一种是内核态，一种是用户态，对于自旋锁来讲，自旋锁使线程处于用户态，而互斥锁须要从新分配，进入到内核态。这里你们对内核态和用户态有个初步的认知就好了，用户态比较轻，内核态比较重。

为何要使用自旋锁

互斥锁有一个缺点，他的执行流程是这样的托管代码 - 用户态代码 - 内核态代码、上下文切换开销与损耗，假如获取到资源锁的线程A立马处理完逻辑释放掉资源锁，若是是采起互斥的方式，那么线程B从没有获取锁到获取锁这个过程当中，就要用户态和内核态调度、上下文切换的开销和损耗。因此就有了自旋锁的模式，让线程B就在用户态循环等着，减小消耗。

自旋锁比较适用于锁使用者保持锁时间比较短的状况，这种状况下自旋锁的效率要远高于互斥锁。