谈论高并发(三)锁的一些基本概念

it2025-07-21  9

并发编程概念的一些基本的了解是非常重要的。告诉我们认为表明,在方向上的主要问题。

这个讲锁的一些基本概念。

在正常情况下,我们说的锁都指的是“互斥”锁。因为有一些特殊的锁,例“读写锁”,一点都没有互斥。

排斥锁。

锁是处理并发的一种同步手段。单线程程序和并发程序的终于目的都是要保证程序的正确性,可是最大的差别是:

单线程程序的正确性仅仅关注程序的执行结果和目标是一致的并发程序的正确性除了执行结果正确外,还包括了活性的特性,所谓活性,指的就是程序无死锁,无饥饿

所以考察一个锁,也须要从三个方面考察:

1. 相互排斥性

2. 无死锁

3. 无饥饿

最简单的锁仅仅保证相互排斥性,而相互排斥性本质上能够用一个布尔值表示,即一个二元状态。

相互排斥是保证并发程序正确性的一种特性。和相互排斥相关的一个专用名词就是临界区

临界区指的是“某个时刻仅能被一个线程运行的代码段”,也就是通常锁的被锁保护的代码段。

一个相互排斥锁的定义通常例如以下

interface Lock { public void lock(); public void unlock(); } 线程必须用指定的方式使用锁。lock动作必须在try块之前调用,假设lock在try里面运行。可能会在取到锁之前抛出异常,导致运行了unlock动作,从而错误发生。

熟悉Java显示锁的同学肯定知道使用ReentryLock就是例如以下的使用方法。

mutex.lock(); try{ ...临界区 }finally{ mutex.unlock() } 相互排斥意味着串行,也意味着等待。 这引出了著名的Amdahl定律

Amdahl定律: 即完毕一个工作能获得的加速比,受限于这个工作中必须被串行的部分。

(通常串行部分都是由于被相互排斥锁保护了)

加速比的定义是一个处理器完毕一个工作的时间和採用n个处理器并发完毕该工作的时间比。

Amdahl定律给出的加速比方下 S = 1 / ( 1 - p + p/n) S为加速比 1为完毕工作的时间 p指能够并行的部分 n指处理器个数 从Amdahl定律能够看出,串行的工作越多,获得的加速比就越小。

Amdahl给我们编程实际启发有:

1. 尽量减小相互排斥锁的粒度。锁粒度越小表示串行的部分越少

2. 能不用锁,就不要用锁。不用锁表示串行的部分越少

接下来说说活性相关的概念。

死锁意味者系统冻结。终于相关的全部线程都永久地停滞等待。

饥饿则是总有一些线程可以执行,一小部分线程永久停滞等待

所以无饥饿意味着肯定无死锁。可是无死锁不意味着无饥饿。

《多处理器编程的艺术》一书中给出了几种锁的实现,当中Peterson算法能够保证两个线程使用锁的时候锁具备相互排斥,无死锁。无饥饿特性。

class Peterson implements Lock { private boolean[] flag = new boolean[2]; private int victim; public void lock(){ int i = ThreadID.get(); int j = 1 - i; flag[i]= true; // 保证两个线程先后执行不死锁,实现相互排斥 victim = i; // 保证两个线程同一时候执行时不死锁,实现相互排斥 while(flag[j] && victim == i){} // 相互排斥意味着等待 } public void unlock(){ int i = ThreadID.get(); flag[i] = false; } } Bakery锁支持n个线程的相互排斥协议。

通过数学证明了:

n线程的无死锁相互排斥算法须要n个不同的存储单元(变量)来保存中间状态。

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