Java并发锁机制和Atomic原理解析（java并发的时候常用的处理方式）

在Java中，有几种常见的锁机制用于实现并发控制，包括：

1. synchronized（内置锁）

2. ReentrantLock（可重入锁）

3. ReadWriteLock（读写锁）

4. StampedLock（标记锁）

下面我会详细解析每种锁机制的原理、优缺点和适用场景，并给出相应的代码示例。

1. synchronized（内置锁）：
   原理：synchronized关键字是Java语言提供的原生锁机制，利用对象头的mark word来实现对对象的锁定和解锁。当多个线程尝试获取同一个对象的锁时，只有一个线程能够成功，其他线程会被阻塞。它还提供了可见性和原子性保证。
   优点：

   public class SynchronizedExample {
       private final Object lock = new Object();
   
       public void synchronizedMethod() {
           synchronized (lock) {
               // 需要同步的代码
           }
       }}

• 使用简单，直接在需要同步的代码块上加上synchronized关键字即可。

• 内置的重量级锁在锁竞争激烈的情况下表现良好。
  缺点：

• 锁的获取和释放是隐式的，没有显示的方式来控制它们。

• 不能中断一个正在等待获取锁的线程。
  适用场景：对于简单的并发场景，synchronized通常是最好的选择。

2. ReentrantLock（可重入锁）：
   原理：ReentrantLock是JDK提供的重入锁实现，它使用了与synchronized相似的原理，但提供了更多的灵活性和功能。它使用CAS（Compare And Swap）操作实现对锁的获取和释放，可以通过lock()和unlock()方法手动控制锁的获取和释放。
   优点：

   import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class ReentrantLockExample {
       private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
   
       public void reentrantLockMethod() {
           lock.lock();
           try {
               // 需要同步的代码
           } finally {
               lock.unlock();
           }
       }}

• 提供了显示的获取和释放锁的方式，可以更灵活地控制锁的范围和生命周期。

• 支持公平锁和非公平锁，可以通过构造函数指定。

• 支持可重入性，同一个线程可以多次获取锁而不会造成死锁。
  缺点：

• 使用相对复杂，需要手动控制锁的获取和释放。

• ReentrantLock比synchronized更消耗系统资源。
  适用场景：在需要更精细地控制锁的获取和释放、可重入性和公平性的情况下，ReentrantLock是一个不错的选择。

3. ReadWriteLock（读写锁）：
   原理：ReadWriteLock是JDK提供的读写分离锁实现。它允许多个线程同时读取共享数据，但在写操作时需要互斥访问。ReadWriteLock通过将读操作和写操作分离，提高了并发读取的性能。
   优点：

• 在读多写少的场景下，比重入锁性能更好。

• 可以提供更高的并发访问性能，读操作可以同时进行，写操作需要互斥。
  缺点：

• 写锁会阻塞所有的读操作和其他写操作，可能导致写操作的饥饿。
  适用场景：在读多写少的情况下，使用ReadWriteLock可以提高并发读取性能。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class ReadWriteLockExample {
    private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void readMethod() {
        lock.readLock().lock();
        try {
            // 读取共享数据
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    public void writeMethod() {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            // 写入共享数据
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }}

4.StampedLock（标记锁）：
原理：StampedLock是JDK提供的一种乐观读锁机制。它将锁的状态表示为一个stamp标记，每次读写操作都会返回一个stamp。读操作可以随时进行，写操作需要对标记进行检查，如果标记已经改变则需要重试。StampedLock支持降级为读锁和升级为写锁。
优点：

• 支持更高的并发性和读操作的灵活性。

• 可以实现乐观读，避免阻塞其他读操作。
  缺点：

• 写锁的获取会阻塞所有的读操作和写操作。

• 应用需要额外注意写锁的可重入性和可中断性。
  适用场景：在读多写少且读操作较频繁的情况下，并且对读操作的性能有较高要求时，可以考虑使用StampedLock。

import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class StampedLockExample {
    private final StampedLock lock = new StampedLock();
    private int value;

    public void readMethod() {
        long stamp = lock.tryOptimisticRead();
        int localValue = value;
        if (!lock.validate(stamp)) {
            stamp = lock.readLock();
            try {
                localValue = value;
            } finally {
                lock.unlockRead(stamp);
            }
        }
        // 使用localValue进行读操作
    }

    public void writeMethod() {
        long stamp = lock.writeLock();
        try {
            // 写入共享数据
        } finally {
            lock.unlockWrite(stamp);
        }
    }}

上面是关于Java并发中常见的锁机制的详细解析和示例代码。不同的锁机制适用于不同的并发场景，在选择使用时需要根据具体需求和性能要求进行评估和决策。

而Atomic类是Java提供的一组原子操作类，可以保证特定操作的原子性。与锁机制相比，Atomic类提供了一种更轻量级的方式来实现对共享变量的同步访问。

性能方面，Atomic类通常比锁机制要更加高效。锁机制涉及到线程的上下文切换、阻塞和唤醒等开销，而Atomic类使用了CAS（Compare and Swap）操作，通过硬件指令级别的原子操作，避免了上下文切换和阻塞。

Atomic类适用于以下场景：

1. 需要对单个变量进行原子操作的场景，例如计数器、ID生成器等。

2. 读操作非常频繁，写操作较少且对实时性要求不高的场景。

3. 不需要额外的等待和阻塞机制，即不需要对线程进行调度管理。

需要注意的是，Atomic类能够提供的功能相对有限，只能对单个变量进行原子操作。如果需要对多个变量或复杂的操作进行同步控制，还是需要使用锁机制。此外，Atomic类对于高并发场景下的竞争会导致CAS操作的自旋次数增加，可能对性能产生一定的影响。

因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和性能要求来选择合适的同步机制，可以根据场景将Atomic类与锁机制结合使用，以达到更好的性能和效果。