（Java并发基础）各种各样的锁

锁分为以下 7 大类别的特性

1. 偏向锁/轻量级锁/重量级锁；
2. 可重入锁/非可重入锁；
3. 共享锁/独占锁；
4. 公平锁/非公平锁；
5. 悲观锁/乐观锁；
6. 自旋锁/非自旋锁；
7. 可中断锁/不可中断锁。

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

第一种分类是偏向锁/轻量级锁/重量级锁，这三种锁特指 synchronized 锁的状态，通过在对象头中的 mark word 来表明锁的状态。

偏向锁

如果自始至终，对于这把锁都不存在竞争，那么其实就没必要上锁，只需要打个标记就行了，这就是偏向锁的思想。一个对象被初始化后，还没有任何线程来获取它的锁时，那么它就是可偏向的，当有第一个线程来访问它并尝试获取锁的时候，它就将这个线程记录下来，以后如果尝试获取锁的线程正是偏向锁的拥有者，就可以直接获得锁，开销很小，性能最好。

轻量级锁

JVM 开发者发现在很多情况下，synchronized 中的代码是被多个线程交替执行的，而不是同时执行的，也就是说并不存在实际的竞争，或者是只有短时间的锁竞争，用 CAS 就可以解决，这种情况下，用完全互斥的重量级锁是没必要的。轻量级锁是指当锁原来是偏向锁的时候，被另一个线程访问，说明存在竞争，那么偏向锁就会升级为轻量级锁，线程会通过自旋的形式尝试获取锁，而不会陷入阻塞。

重量级锁

重量级锁是互斥锁，它是利用操作系统的同步机制实现的，所以开销相对比较大。当多个线程直接有实际竞争，且锁竞争时间长的时候，轻量级锁不能满足需求，锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请却拿不到锁的线程进入阻塞状态。

你可以发现锁升级的路径：无锁→偏向锁→轻量级锁→重量级锁。

综上所述，偏向锁性能最好，可以避免执行 CAS 操作。而轻量级锁利用自旋和 CAS 避免了重量级锁带来的线程阻塞和唤醒，性能中等。重量级锁则会把获取不到锁的线程阻塞，性能最差。

可重入锁/非可重入锁

第 2 个分类是可重入锁和非可重入锁。可重入锁指的是线程当前已经持有这把锁了，能在不释放这把锁的情况下，再次获取这把锁。同理，不可重入锁指的是虽然线程当前持有了这把锁，但是如果想再次获取这把锁，也必须要先释放锁后才能再次尝试获取。

对于可重入锁而言，最典型的就是 ReentrantLock 了，正如它的名字一样，reentrant 的意思就是可重入，它也是 Lock 接口最主要的一个实现类。

共享锁/独占锁

第 3 种分类标准是共享锁和独占锁。共享锁指的是我们同一把锁可以被多个线程同时获得，而独占锁指的就是，这把锁只能同时被一个线程获得。我们的读写锁，就最好地诠释了共享锁和独占锁的理念。读写锁中的读锁，是共享锁，而写锁是独占锁。读锁可以被同时读，可以同时被多个线程持有，而写锁最多只能同时被一个线程持有。

公平锁/非公平锁

第 4 种分类是公平锁和非公平锁。公平锁的公平的含义在于如果线程现在拿不到这把锁，那么线程就都会进入等待，开始排队，在等待队列里等待时间长的线程会优先拿到这把锁，有先来先得的意思。而非公平锁就不那么“完美”了，它会在一定情况下，忽略掉已经在排队的线程，发生插队现象。

悲观锁/乐观锁

第 5 种分类是悲观锁，以及与它对应的乐观锁。悲观锁的概念是在获取资源之前，必须先拿到锁，以便达到“独占”的状态，当前线程在操作资源的时候，其他线程由于不能拿到锁，所以其他线程不能来影响我。而乐观锁恰恰相反，它并不要求在获取资源前拿到锁，也不会锁住资源；相反，乐观锁利用 CAS 理念，在不独占资源的情况下，完成了对资源的修改。

自旋锁/非自旋锁

第 6 种分类是自旋锁与非自旋锁。自旋锁的理念是如果线程现在拿不到锁，并不直接陷入阻塞或者释放 CPU 资源，而是开始利用循环，不停地尝试获取锁，这个循环过程被形象地比喻为“自旋”，就像是线程在“自我旋转”。相反，非自旋锁的理念就是没有自旋的过程，如果拿不到锁就直接放弃，或者进行其他的处理逻辑，例如去排队、陷入阻塞等。

可中断锁/不可中断锁

第 7 种分类是可中断锁和不可中断锁。在 Java 中，synchronized 关键字修饰的锁代表的是不可中断锁，一旦线程申请了锁，就没有回头路了，只能等到拿到锁以后才能进行其他的逻辑处理。而我们的 ReentrantLock 是一种典型的可中断锁，例如使用 lockInterruptibly 方法在获取锁的过程中，突然不想获取了，那么也可以在中断之后去做其他的事情，不需要一直傻等到获取到锁才离开。

悲观锁和乐观锁的本质

悲观锁和乐观锁是基于是否对资源进行独占的角度进行划分的。

悲观锁

悲观锁为了确保资源被正确访问，会在每次获取并修改数据时，都会把数据锁住，让其他无法访问共享数据。

乐观锁

乐观锁认为共享资源不会受其他线程干扰，在每次修改时，会判断我在修改期间，数据有没有被其他线程修改过，如果没有被修改过，就说明真的只有我自己在操作，那说明我可以正常的修改数据。

使用场景（面试常考）

悲观锁适合用于并发写入多、临界区代码复杂、竞争激烈等场景，这种场景下悲观锁可以避免大量的无用的反复尝试等消耗。

如：Java中的synchronized 关键字和 Lock 接口，synchronized是对共享对象进行加锁，而Lock的实现类ReentrantLock，类中的lock()等方法就是执行加锁，而unlock进行解锁。
MySQL中的select for update就是悲观锁的实现方式，由于需要长时间对数据加锁，在高并发场景下不可取。

乐观锁适用于大部分是读取，少部分是修改的场景，也适合虽然读写都很多，但是并发并不激烈的场景。在这些场景下，乐观锁不加锁的特点能让性能大幅提高。

Java中乐观锁的典型案例就是CAS操作。如AtomicInteger类在更新数据时就使用了乐观锁。

MySQL中，我们可以利用一个版本 version 字段在数据库中实现乐观锁。在获取及修改数据时都不需要加锁，但是我们在获取完数据并计算完毕，准备更新数据时，会检查版本号和获取数据时的版本号是否一致，如果一致就直接更新，如果不一致，说明计算期间已经有其他线程修改过这个数据了，那我就可以选择重新获取数据，重新计算，然后再次尝试更新数据。

SQL语句示例如下（假设取出数据的时候 version 为1）：

UPDATE student
    SET 
        name = ‘小李’,
        version= 2
    WHERE   id= 100
        AND version= 1

synchronized 的实现大揭秘

这块内容在网上有很多个版本，但是能将内部原理揭秘的人很少。

以后再补上。
被 synchronized 修饰的方法会有一个 ACC_SYNCHRONIZED 标志。当某个线程要访问某个方法的时候，会首先检查方法是否有 ACC_SYNCHRONIZED 标志，如果有则需要先获得 monitor 锁，然后才能开始执行方法，方法执行之后再释放 monitor 锁。

synchronized与lock怎么选择

相同点

都是保护资源线程安全的。

都可以保证可见性

所谓可见性，就是A线程修改的

可重入性

可重入指的是某个线程如果已经获得了一个锁，现在试图再次请求这个它已经获得的锁，如果它无需提前释放这个锁，而是直接可以继续使用持有的这个锁，那么就是可重入的。如果必须释放锁后才能再次申请这个锁，就是不可重入的。而 synchronized 和 ReentrantLock 都具有可重入的特性。

不同点

synchronized与lock有7大不同点。

1. 用法区别。
   synchronized关键字可以加在方法上，不需要指定锁对象（此时锁对象为this)，也可以新建一个同步代码块并自定义monitor的锁对象。而Lock接口必须显示地用Lock锁对象开始加锁lock()和解锁unlock(),并且一般在finally中通过unlock来解锁，防止死锁。
2. 加锁解锁顺序不同。
   对于lock可以完全控制加锁或解锁的顺序，而synchronized加锁和解锁必须是完全相反的顺序。

lock1.lock();
lock2.lock();
...
lock1.unlock();
lock2.unlock();

3. synchronized锁不够灵活
   一旦synchronized锁已经被某个线程获取了，此时其他线程只能阻塞，直到持有锁的线程运行完毕或者发生异常从而释放这个锁。
   相比之下，Lock类的如果使用lockInterruptibly方法，那么如果觉得等待的时间太长了不想再继续等待，可以中断退出，也可以用tryLock()等方法尝试获取锁，如果获取不到锁也可以做别的事情，更加灵活。
4. synchronized锁只能同时被一个线程拥有，但是Lock锁没有这个限制。
   例如，在读写锁中的读锁，是可以同时被多个线程持有，可是synchronized做不到。
5. 原理不同。
   synchronized 是内置锁，由JVM实现获取锁和释放锁的原理，还分为偏向锁、轻量级锁、重量级锁。
   Lock根据实现不同，有不同的原理，例如ReentrantLock内部是通过AQS来获取和释放锁的。
6. 是否可以设置公平/非公平
   公平锁是指多个线程在等待同一个锁时，根据先来后到的原则依次获取锁。ReentrantLock等Lock接口的实现类可以根据自己的需要来设置公平或非公平锁，synchronized则不能设置。
7. 性能区别
   在 Java 5 以及之前，synchronized 的性能比较低，但是到了 Java 6 以后，发生了变化，因为 JDK 对 synchronized 进行了很多优化，比如自适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁、偏向锁等，所以后期的 Java 版本里的 synchronized 的性能并不比 Lock 差。

如何选择

在 Java 并发编程实战和 Java 核心技术里都认为：

1. 如果能不用最好既不使用 Lock 也不使用 synchronized。因为在许多情况下你可以使用 java.util.concurrent 包中的机制，它会为你处理所有的加锁和解锁操作，也就是推荐优先使用工具类来加解锁。
2. 如果 synchronized 关键字适合你的程序， 那么请尽量使用它，这样可以减少编写代码的数量，减少出错的概率。因为一旦忘记在 finally 里 unlock，代码可能会出很大的问题，而使用 synchronized 更安全。
3. 如果特别需要 Lock 的特殊功能，比如尝试获取锁、可中断、超时功能等，才使用 Lock。

Lock接口的常用方法

Lock 只允许一个线程来访问这个共享资源。不过有的时候，一些特殊的实现也可允许并发访问，比如 ReadWriteLock 里面的 ReadLock。

Lock接口的5个方法

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

lock()方法

此方法主要用于获取锁，一般写法如下。

Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
    //获取到了被本锁保护的资源，处理任务
    //捕获异常
}finally{
    lock.unlock();   //释放锁
}

tryLock()

tryLock()用来尝试获取锁，如果当前锁没有被其他线程占用，则获取成功，返回true，否则返回false，代表获取锁失败。相比于lock()，这样的方法显然功能更加强大，我们可以根据是否能获取到锁来决定后续的行为。

public void tryLock(Lock lock1, Lock lock2) throws InterruptedException {
        while (true) {
            if (lock1.tryLock()) {
                try {
                    if (lock2.tryLock()) {
                        try {
                            System.out.println("获取到了两把锁，完成业务逻辑");
                            return;
                        } finally {
                            lock2.unlock();
                        }
                    }
                } finally {
                    lock1.unlock();
                }
            } else {
                Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
            }
        }
    }

tryLock(long time, TimeUnit unit)

tryLock() 的重载方法是 tryLock(long time, TimeUnit unit)，这个方法和 tryLock() 很类似，区别在于 tryLock(long time, TimeUnit unit) 方法会有一个超时时间，在拿不到锁时会等待一定的时间，如果在时间期限结束后，还获取不到锁，就会返回 false；如果一开始就获取锁或者等待期间内获取到锁，则返回 true。

这个方法解决了 lock() 方法容易发生死锁的问题，使用 tryLock(long time, TimeUnit unit) 时，在等待了一段指定的超时时间后，线程会主动放弃这把锁的获取，避免永久等待；在等待的期间，也可以随时中断线程，这就避免了死锁的发生。本方法和下面介绍的 lockInterruptibly() 是非常类似的，让我们来看一下 lockInterruptibly() 方法。

lockInterruptibly()

这个方法的作用就是去获取锁，如果这个锁当前是可以获得的，那么这个方法会立刻返回，但是如果这个锁当前是不能获得的（被其他线程持有），那么当前线程便会开始等待，除非它等到了这把锁或者是在等待的过程中被中断了，否则这个线程便会一直在这里执行这行代码。一句话总结就是，除非当前线程在获取锁期间被中断，否则便会一直尝试获取直到获取到为止。

顾名思义，lockInterruptibly() 是可以响应中断的。相比于不能响应中断的 synchronized 锁，lockInterruptibly() 可以让程序更灵活，可以在获取锁的同时，保持对中断的响应。我们可以把这个方法理解为超时时间是无穷长的 tryLock(long time, TimeUnit unit)，因为 tryLock(long time, TimeUnit unit) 和 lockInterruptibly() 都能响应中断，只不过 lockInterruptibly() 永远不会超时。

unlock()

最后要介绍的方法是 unlock() 方法，是用于解锁的，u方法比较简单，对于 ReentrantLock 而言，执行 unlock() 的时候，内部会把锁的“被持有计数器”减 1，直到减到 0 就代表当前这把锁已经完全释放了，如果减 1 后计数器不为 0，说明这把锁之前被“重入”了，那么锁并没有真正释放，仅仅是减少了持有的次数。