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数据库锁和Java中的锁

数据库锁

提高共享资源并发性的方式是让锁定的对象更加有选择性,尽量只锁定需要修改的部分数据,

而不是所有的资源,更理想的方式是只对会修改的数据片进行精确的锁定。加锁也需要消耗资源,锁的各种操作,包括获得锁,检查锁是否已经解除、释放锁都会增加系统的开销。

读锁

读锁是共享的,或者说是相互不阻塞的,多个客户在同一时刻可以读取同一资源,而不互相干扰。读锁不会产生死锁,有表级读锁和行级读锁。

写锁

则是排他的,也就是说一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁,这是出于安全策略的考虑,只有这样,才能确保在给定的时间内,只有一个用户能执行写入。写锁不会产生死锁,有表级写锁和行级写锁。

意向锁

意向锁在表锁和行级锁同时存在时才会出现。

举个我以前看到的例子:

两中类型的锁共存的问题考虑这个例子:事务A锁住了表中的一行,让这一行只能读,不能写。之后,事务B申请整个表的写锁。如果事务B申请成功,那么理论上它就能修改表中的任意一行,这与A持有的行锁是冲突的。数据库需要避免这种冲突,就是说要让B的申请被阻塞,直到A释放了行锁。

数据库要怎么判断这个冲突呢?

step1:判断表是否已被其他事务用表锁锁表

step2:判断表中的每一行是否已被行锁锁住。

注意step2,这样的判断方法效率实在不高,因为需要遍历整个表。于是就有了意向锁。在意向锁存在的情况下,事务A必须先申请表的意向共享锁,成功后再申请一行的行锁。

在意向锁存在的情况下,上面的判断可以改成

step1:不变

step2:发现表上有意向共享锁,说明表中有些行被共享行锁锁住了,因此,事务B申请表的写锁会被阻塞。

可以看出有意向锁的情况下,效率明显提高,意向锁是有程序自动提高的,不需要我们自己申明。

更新锁

当一个事务执行修改语句时,数据库系统会先为事务分配一把更新锁。当读取数据完毕,执行更新操作时,会把更新锁升级为独占锁。更新锁与共享锁是兼容的,也就是说,一个资源可以同时放置更新锁和共享锁,但是最多放置一把更新锁。这样,当多个事务更新相同的数据时,只有一个事务能获得更新锁,然后再把更新锁升级为独占锁,其他事务必须等到前一个事务结束后,才能获取得更新锁,这就避免了死锁。允许多个事务同时读锁定的资源,但不允许其他事务修改它。

表锁

表锁和行锁是从粒度来进行区分的,在MyISAM中只用到表锁,不会有死锁的问题,锁的开销也很小,但是相应的并发能力很差。

行锁

在innodb实现了行级锁和表锁,锁的粒度变小了,并发能力变强,但是相应的锁的开销变大,很有可能出现死锁。InnoDB行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的,只有通过索引条件检索数据,InnoDB才使用行级锁,否则,InnoDB将使用表锁。

MVCC

是行级锁的一个变种,在很多情况下避免了加锁操作,具体的实现是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。实现方式有乐观锁和悲观锁两种方式。InnoDB的MVCC,是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。这两个列,一个保存了行的创建时间,一个保存了行的过期时间。存储的不是实际的是时间值,而是系统的版本号。每开始一个新的事务,系统版本号都会自动递增。

Java中的锁

可重入锁

  可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象,下面会有一个代码的示例。

  对于Java ReetrantLock而言,从名字就可以看出是一个重入锁,其名字是Re entrant Lock 重新进入锁。

  对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

公平锁/非公平锁

  公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。

  非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。

  对于Java ReetrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否是公平锁,默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

  对于Synchronized而言,也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。

分段锁

  分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁,对于ConcurrentHashMap而言,其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。

  我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想,ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap(JDK7和JDK8中HashMap的实现)的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。

  当需要put元素的时候,并不是对整个hashmap进行加锁,而是先通过hashcode来知道他要放在哪一个分段中,然后对这个分段进行加锁,所以当多线程put的时候,只要不是放在一个分段中,就实现了真正的并行的插入。

  但是,在统计size的时候,可就是获取hashmap全局信息的时候,就需要获取所有的分段锁才能统计。

  分段锁的设计目的是细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

  这三种锁是指锁的状态,并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。

  偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

  轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能。

  重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让他申请的线程进入阻塞,性能降低。

自旋锁

  在Java中,自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU。

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