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怎么正确使用锁？

技术修行者 2023-03-28 原文

锁的原理：任何时间都只能有一个线程持有锁，只有持有锁的线程才能访问被锁保护的资源。

我们接下来看一下在锁的使用上有什么最佳实践。

避免滥用锁

如果能不用锁，就不用锁；如果你不确定是不是应该用锁，那也不要锁。

使用锁后带来的代价：

  1. 加锁和解锁过程都需要CPU时间的，这是一个性能的损失。使用锁还可能导致线程等待锁，等待锁过程中的线程是阻塞状态，过多的锁等待会显著降低程序的性能。
  2. 如果对锁使用不当，很容易造成死锁，导致整个程序“卡死”，这是非常严重的问题。

我们不可以看到一个共享数据，在没有搞清楚它在并发环境中是否会出现争用问题，就“为了保险，给它加个锁吧。”，千万不要有这种不负责任的想法，否则你将会付出惨痛的代价。

只有在并发环境中，共享资源不支持并发访问，或者说并发访问共享资源会导致系统错误的情况下，才需要使用锁。

锁的用法

使用锁的过程可以分为三步：

  1. 在访问共享资源之前，先获取锁。
  2. 如果获取锁成功，就可以访问共享资源了。
  3. 使用完共享资源后释放锁，以便其他线程继续访问共享资源。

我们在使用锁的过程中，需要注意使用完锁，一定要释放它。我们需要考虑到代码可能走到的所有正常和异常的分支，确保所有情况下，锁都能被释放。

死锁

死锁是指由于某种原因，锁一直没有释放，后续需要获取锁的线程都将处于等解锁状态。

大部分编程语言都提供了可重入锁，如果没有特别的需求，我们也要尽量使用可重入锁。

下面是几条如何避免死锁的建议：

  1. 避免滥用锁。
  2. 对于同一把锁，加锁和解锁必须要放在同一个方法中，这样一次加锁对应一次解锁，代码清晰简单，便于分析问题。
  3. 尽量避免在持有一把锁的情况下，去获取另外一把锁，就是要尽量避免同时持有多把锁。
  4. 如果需要持有多把锁，一定要注意加解锁的顺序，解锁的顺序要和加锁的殊勋想法，比如，获取三把锁的顺序是A、B、C，释放锁的顺序必须是C、B、A。

使用读写锁兼顾性能和安全

对于共享数据，如果我们的方法只是去读取它，而不会修改，也是需要加锁的，因为有可能在读取数据的过程中，有其他线程会更新数据。

但如果只是简单地为数据加一个锁，对于“读多写少”的场景，性能会受到影响。针对数据的读写操作，我们希望能够做到：1）读操作可以并发执行，2）写的同时不能并发读，也不能并发写。

Java中的ReadWriteLock可以用来解决这个问题，看下面的代码框架：


ReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock();

public void read() {
  rwlock.readLock().lock();
  try {
    // 在这儿读取共享数据
  } finally {
    rwlock.readLock().unlock();
  }
}
public void write() {
  rwlock.writeLock().lock();
  try {
    // 在这儿更新共享数据
  } finally {
    rwlock.writeLock().unlock();
  }
}

在这段代码中，需要读数据的时候，我们获取锁，这个锁不是一个互斥锁，即read()方法可以支持多个线程并行执行，从而保证数据的读性能。写数据的时候，我们获得写锁，这是一个互斥锁，当一个线程持有写锁的时候，其他线程既无法获得读锁，也无法获得写锁，从而达到了保护数据的目的。

怎么使用共享资源的锁架构设计

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