ロックの種類

ロックの分類

Java 並行へいこうプログラミングにおける様々さまざまなロック種類しゅるい：

ロックアップグレードパス

  flowchart LR
    A[ロックなし] --> B[偏向ロック]
    B --> C[軽量ロック]
    C --> D[重量ロック]

別べつのアップグレードパス：

  flowchart LR
    A[ロックなし] --> B[排他ロック]
    B --> C[読み書きロック]
    C --> D[スタンプロック]

悲観的ロック (Pessimistic Lock)

書かき込こみ操作そうさが多おおい場合ばあいに適てきしています。先さきにロックすることで Write Operation 時じのデータの正確性せいかくせいを保証ほしょうします。

実装じっそう方法ほうほう：

• synchronized キーワード
• Lock インターフェースの実装じっそう

楽観的ロック (Optimistic Lock)

読よみ取とりが多おおく書かき込こみが少すくない場面ばめんに適てきしています。

実装じっそう方法ほうほう：

• Version バージョン番号ばんごうメカニズム
• Timestamps タイムスタンプ
• CAS Algorithm：Atomic クラスのインクリメント操作そうさはこのアルゴリズムで実装じっそうされています

AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger();
atomicInt.incrementAndGet();

ReentrantLock

再入さいにゅう可能かのうロックで、synchronized よりも柔軟じゅうなんな制御せいぎょ機能きのうを提供ていきょうします。

• デフォルトは非公平ひこうへいロック
• synchronized => 暗黙的あんもくてきロック
• Lock => 明示的めいじてきロック

Lock lock = new ReentrantLock();
try {
    lock.lock();
    // クリティカルセクション操作
} finally {
    lock.unlock();
}

公平ロック vs 非公平ロック

ReadWriteLock 読み書きロック

1つのリソースは複数ふくすうのスレッドから Read アクセス、または1つのスレッドから Write アクセスできますが、同時どうじに Read と Write のスレッドは存在そんざいできません。

• 読よみ読よみ共有きょうゆう
• 読よみ書かき排他はいた
• 書かき書かき排他はいた

書きロックから読みロックへのダウングレード (JDK 8)

  flowchart LR
    GWL[書きロック取得] --> GRL[読みロック取得]
    GRL --> RWL[書きロック解放]
    RWL --> RRL[読みロック解放]

ロックメカニズムまとめ

ReentrantReadWriteLock の欠点けってん：

• Lock Starvation：読よみ取とりが続つづき、書かき込こみ操作そうさがない
• 読よみ取とり中ちゅうは書かき込こめない、読よみ取とりが完了かんりょうしてから書かき込こみ可能かのう

偏向ロック (Biased Lock)

• JDK 1.6 で導入どうにゅう
• JDK 15 で非推奨ひすいしょう

JVM パラメータ：

-XX:BiasedLockingStartupDelay=0  # プログラム起動時にすぐに偏向ロックを有効化

デッドロック (Deadlock)

2つ以上いじょうのスレッドが互たがいに相手あいてが保持ほじしているリソースを待まっている場合ばあい、デッドロックが発生はっせいします。

  flowchart TB
    A[Thread A]
    B[Thread B]
    LA((Lock A))
    LB((Lock B))
    A -->|保持| LA
    A -->|取得試行| LB
    B -->|保持| LB
    B -->|取得試行| LA

デッドロックの原因

1. リソース不足ふそく
2. Process/Thread の順序じゅんじょ不適切ふてきせつ
3. リソース割わり当あて不適切ふてきせつ

デッドロック検出

JVM ツールでデッドロックを検出けんしゅつ：

jps

jstack <PID> > thread_dump.txt

Monitor 管程

• JVM version 3
• すべてのオブジェクトには Monitor があり、一度いちどに1つのスレッドのみが排他的はいたてきなロックに入はいることができます

参考リソース

• Java Thread Practices Collection