聊聊高并发（三）锁的一些基本概念

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理解并发编程的一些基本概念很重要，给我们思考问题指明一个基本的方向。这篇说一说锁的一些基本概念。

在通常情况下我们说的锁都指的是“互斥”锁，因为在还存在一些特殊的锁，比如“读写锁”，不完全是互斥的。这篇文章说的锁专指互斥锁。

锁是处理并发的一种同步手段。单线程程序和并发程序的最终目的都是要保证程序的正确性，但是最大的区别是：

• 单线程程序的正确性只关注程序的运行结果和目标是一致的
• 并发程序的正确性除了运行结果正确外，还包含了活性的特性，所谓活性，指的就是程序无死锁，无饥饿

所以考察一个锁，也需要从三个方面考察：

1. 互斥性

2. 无死锁

3. 无饥饿

最简单的锁只保证互斥性，而互斥性本质上可以用一个布尔值表示，即一个二元状态。

互斥是保证并发程序正确性的一种特性，和互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执行的代码段”，也就是通常锁的被锁保护的代码段。

一个互斥锁的定义通常如下

interface Lock {
     public void lock();
     public void unlock();
}

熟悉Java显示锁的同学肯定知道使用ReentryLock就是如下的用法。

mutex.lock();
try{
 ...临界区
}finally{
    mutex.unlock()
}

Amdahl定律: 即完成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。（通常串行部分都是因为被互斥锁保护了）

加速比的定义是一个处理器完成一个工作的时间和采用n个处理器并发完成该工作的时间比。

Amdahl定律给出的加速比如下

S = 1 / ( 1 - p + p/n)

S为加速比
1为完成工作的时间
p指可以并行的部分
n指处理器个数

Amdahl给我们编程实际启示有：

1. 尽量减小互斥锁的粒度，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，最终相关的所有线程都永久地停滞等待。

饥饿则是总有一些线程能够运行，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。但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，其中Peterson算法可以保证两个线程使用锁的时候锁具备互斥，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;  // 保证两个线程先后运行不死锁，实现互斥 
           victim = i;  // 保证两个线程同时运行时不死锁，实现互斥
           while(flag[j] && victim == i){}  // 互斥意味着等待
     }

     public void unlock(){
           int i = ThreadID.get();
           flag[i] = false;
    }

}

n线程的无死锁互斥算法需要n个不同的存储单元（变量）来保存中间状态。

聊聊高并发（三）锁的一些基本概念

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原文地址：http://blog.csdn.net/iter_zc/article/details/39895385