Java并发编程：CAS、乐观锁与悲观锁解析

"这篇文档详细介绍了Java中锁的多种类型，包括CAS、乐观锁与悲观锁、数据库相关锁机制、分布式锁以及Java特有的偏向锁、轻量级锁、重量级锁和monitor。" 在Java多线程编程中，正确地使用锁是确保线程安全的关键。以下是各种锁类型的详细说明： 1. **CAS (Compare and Swap)**：CAS是一种无锁并发控制技术，它基于硬件支持，允许Java程序在不使用锁的情况下更新共享变量。CAS操作包含三个参数：内存位置V、预期原值A和新值B。如果内存位置V的值与预期原值A相匹配，那么就将V的值设置为B，否则不做任何操作。由于这是一个原子操作，所以即使有多个线程同时尝试执行CAS，也只会有一个线程成功。CAS广泛应用于java.util.concurrent.atomic包中的原子类，如AtomicInteger和AtomicLong，用于实现非阻塞的数据结构。 2. **乐观锁与悲观锁**：乐观锁假设并发环境中很少发生冲突，所以在进行操作时不加锁，只有在提交操作时才检查是否有其他线程修改了数据。如果发现冲突，则回滚或重试。悲观锁则认为并发环境下冲突频繁，所以在读取数据时立即加锁，防止其他线程修改。Java中，synchronized和ReentrantLock是悲观锁的实现。根据应用场景选择合适的锁类型，比如读多写少的场景更适合乐观锁。 3. **数据库相关锁机制**：在数据库中，如MySQL，有行级锁、页级锁、表级锁等多种锁，用于控制并发事务对数据的访问。行级锁只锁定冲突行，减少锁冲突，提高并发性能；而页级锁和表级锁则是为了简化管理，但可能导致更大的锁定范围和并发问题。 4. **分布式锁**：在分布式系统中，由于进程间的通信问题，传统的Java锁无法直接应用。分布式锁通过网络通信协调多个节点的访问，如Redis、Zookeeper等提供了分布式锁的实现，确保在分布式环境下的线程安全。 5. **Java锁的细化**：Java虚拟机(JVM)为了优化锁的性能，引入了不同级别的锁。- **偏向锁**：当一个线程进入同步块，如果该线程接下来继续持有这个锁，那么就无需再进行同步状态的转换，减少锁的开销。- **轻量级锁**：当多个线程尝试获取同一锁，但只有一个线程成功时，轻量级锁通过记录栈帧信息实现锁，避免了重量级锁的线程上下文切换。- **重量级锁**：当线程竞争激烈时，轻量级锁升级为重量级锁，使用操作系统级的互斥量来保证同步，此时会涉及线程的阻塞和唤醒，性能下降。 6. **Monitor**：在Java中，monitor是由synchronized关键字实现的，它基于 monitors 概念，每个对象都有一个与之关联的 monitor。当线程进入synchronized方法或代码块时，获得monitor，退出时释放。如果其他线程试图进入已持有的monitor，它将被阻塞，直到monitor被释放。 理解并熟练运用这些锁类型对于编写高效、线程安全的Java并发程序至关重要。在实际开发中，开发者应根据具体情况选择合适的锁机制，以平衡性能和线程安全。