Java锁

发表于 2025/11/28

作者 deathwhispers

16 分钟阅读

Java锁

synchronized-1

synchronized-2导图

volatile

synchronized 的原理是什么?

synchronized是 Java 内置的关键字，它提供了一种独占的加锁方式。

synchronized的获取和释放锁由JVM实现，用户不需要显示的释放锁，非常方便。
然而，synchronized 也有一定的局限性。
- 当线程尝试获取锁的时候，如果获取不到锁会一直阻塞。
- 如果获取锁的线程进入休眠或者阻塞，除非当前线程异常，否则其他线程尝试获取锁必须一直等待。

关于原理，直接阅读《【死磕 Java 并发】—– 深入分析 synchronized 的实现原理》文章，有几个重点要注意看。

实现原理
Java 对象头、Monitor
锁优化
- 自旋锁
  - 适应自旋锁
- 锁消除
- 锁粗化
- 锁的升级
  - 重量级锁
  - 轻量级锁
  - 偏向锁

🦅 当一个线程进入某个对象的一个 synchronized 的实例方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法？

如果其他方法没有 synchronized 的话，其他线程是可以进入的。
所以要开放一个线程安全的对象时，得保证每个方法都是线程安全的。

🦅 同步方法和同步块，哪个是更好的选择？

同步块是更好的选择，因为它不会锁住整个对象（当然你也可以让它锁住整个对象）。同步方法会锁住整个对象，哪怕这个类中有多个不相关联的同步块，这通常会导致他们停止执行并需要等待获得这个对象上的锁。

同步块更要符合开放调用的原则，只在需要锁住的代码块锁住相应的对象，这样从侧面来说也可以避免死锁。

🦅 在监视器(Monitor)内部，是如何做线程同步的？

监视器和锁在 Java 虚拟机中是一块使用的。监视器监视一块同步代码块，确保一次只有一个线程执行同步代码块。每一个监视器都和一个对象引用相关联。线程在获取锁之前不允许执行同步代码。

🦅** Java 如何实现“自旋”（spin）**

参考《Java 锁的种类以及辨析（一）：自旋锁》

代码如下：

  
public class SpinLock {
    private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();
    public void lock() {
        // <1>        
        Thread current = Thread.currentThread();        
        while(!sign .compareAndSet(null, current)) {                   // <1.1>  
              
        }   
    }
     
    public void unlock () { 
        // <2>       
        Thread current = Thread.currentThread();
        sign.compareAndSet(current, null);
    }
}

<1> 处，#lock() 方法，如果获得不到锁，就会“死循环”，直到或得到锁为止。考虑到“死循环”会持续占用 CPU ，可能导致其它线程无法获得到 CPU 执行，可以在 <1.1> 处增加 Thread.yiead() 代码段，出让下 CPU 。
<2> 处，#unlock() 方法，释放锁。

volatile 实现原理

volatile 涉及的内容，其实蛮多的，所以胖友直接看：

🦅 volatile 有什么用？

volatile 保证内存可见性和禁止指令重排。

同时，volatile 可以提供部分原子性。

简单来说，volatile 用于多线程环境下的单次操作(单次读或者单次写)。

🦅 volatile 变量和 atomic 变量有什么不同？

volatile 变量，可以确保先行关系，即写操作会发生在后续的读操作之前，但它并不能保证原子性。例如用 volatile 修饰 count 变量，那么 count++ 操作就不是原子性的。
AtomicInteger 类提供的 atomic 方法，可以让这种操作具有原子性。例如 #getAndIncrement() 方法，会原子性的进行增量操作把当前值加一，其它数据类型和引用变量也可以进行相似操作。

🦅 可以创建 volatile 数组吗?

Java 中可以创建 volatile 类型数组，不过只是一个指向数组的引用，而不是整个数组。如果改变引用指向的数组，将会受到 volatile 的保护，但是如果多个线程同时改变数组的元素，volatile 标示符就不能起到之前的保护作用了。

同理，对于 Java POJO 类，使用 volatile 修饰，只能保证这个引用的可见性，不能保证其内部的属性。

🦅 volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗?

一个典型的例子是在类中有一个 long 类型的成员变量。如果你知道该成员变量会被多个线程访问，如计数器、价格等，你最好是将其设置为 volatile 。为什么？因为 Java 中读取 long 类型变量不是原子的，需要分成两步，如果一个线程正在修改该 long 变量的值，另一个线程可能只能看到该值的一半（前 32 位）。但是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子。

如下的内容，可以作为上面的内容的补充。

一种实践是用 volatile 修饰 long 和 double 变量，使其能按原子类型来读写。double 和 long 都是64位宽，因此对这两种类型的读是分为两部分的，第一次读取第一个 32 位，然后再读剩下的 32 位，这个过程不是原子的，但 Java 中 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子的。

🦅 volatile 类型变量提供什么保证？

volatile 主要有两方面的作用：

避免指令重排
可见性保证

例如，JVM 或者 JIT 为了获得更好的性能会对语句重排序，但是 volatile 类型变量即使在没有同步块的情况下赋值也不会与其他语句重排序。

volatile 提供 happens-before 的保证，确保一个线程的修改能对其他线程是可见的。
某些情况下，volatile 还能提供原子性，如读 64 位数据类型，像 long 和 double 都不是原子的(低 32 位和高 32 位)，但 volatile 类型的 double 和 long 就是原子的。不过需要在 64 位的 JVM 虚拟机上。详细的分析，可以看看《Java中 long 和 double 的原子性》。

🦅** volatile 和 synchronized 的区别？**

volatile 本质是在告诉 JVM 当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取。synchronized 则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
volatile 仅能使用在变量级别。synchronized 则可以使用在变量、方法、和类级别的。
volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性。而synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。
volatile 不会造成线程的阻塞。synchronized 可能会造成线程的阻塞。
volatile 标记的变量不会被编译器优化。synchronized标记的变量可以被编译器优化。

另外，会有面试官会问 volatile 能否取代 synchronized 呢？答案肯定是不能，虽然说 volatile 被称之为轻量级锁，但是和 synchronized 是有本质上的区别，原因就是上面的几点落。

🦅 什么场景下可以使用 volatile 替换 synchronized ？

只需要保证共享资源的可见性的时候可以使用 volatile 替代，synchronized 保证可操作的原子性一致性和可见性。
volatile 适用于新值不依赖于旧值的情形。
1 写 N 读。
不与其他变量构成不变性条件时候使用 volatile 。

什么是死锁、活锁？

死锁，是指两个或两个以上的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

产生死锁的必要条件：

互斥条件：所谓互斥就是进程在某一时间内独占资源。
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：进程已获得资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

死锁的解决方法：

撤消陷于死锁的全部进程。
逐个撤消陷于死锁的进程，直到死锁不存在。
从陷于死锁的进程中逐个强迫放弃所占用的资源，直至死锁消失。
从另外一些进程那里强行剥夺足够数量的资源分配给死锁进程，以解除死锁状态。

🦅 什么是活锁？

活锁，任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。

🦅 死锁与活锁的区别？

活锁和死锁的区别在于，处于活锁的实体是在不断的改变状态，所谓的“活”，而处于死锁的实体表现为等待；活锁有可能自行解开，死锁则不能。

实际上，聪慧的胖友是不是已经发现，死锁就是悲观锁可能产生的结果，而活锁是乐观锁可能产生的结果。

什么是悲观锁、乐观锁？

1）悲观锁

悲观锁，总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。

传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。
再比如 Java 里面的同步原语 synchronized 关键字的实现也是悲观锁。

2）乐观锁

乐观锁，顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。

像数据库提供的类似于 write_condition 机制，其实都是提供的乐观锁。

例如，version 字段（比较跟上一次的版本号，如果一样则更新，如果失败则要重复读-比较-写的操作）

在 Java 中 java.util.concurrent.atomic 包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式 CAS 实现的。

乐观锁的实现方式：

使用版本标识来确定读到的数据与提交时的数据是否一致。提交后修改版本标识，不一致时可以采取丢弃和再次尝试的策略。
Java 中的 Compare and Swap 即 CAS ，当多个线程尝试使用 CAS 同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

Lock

本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权

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什么是悲观锁、乐观锁？

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