• 樂(lè)觀鎖和悲觀鎖
• 獨(dú)占鎖和共享鎖
• 互斥鎖和讀寫(xiě)鎖
• 公平鎖和非公平鎖
• 可重入鎖
• 自旋鎖
• 分段鎖
• 鎖升級(jí)（無(wú)鎖|偏向鎖|輕量級(jí)鎖|重量級(jí)鎖）
• 鎖優(yōu)化技術(shù)（鎖粗化议谷、鎖消除）

樂(lè)觀鎖和悲觀鎖

悲觀鎖

悲觀鎖對(duì)應(yīng)于生活中悲觀的人炉爆，悲觀的人總是想著事情往壞的方向發(fā)展。

舉個(gè)生活中的例子卧晓，假設(shè)廁所只有一個(gè)坑位了芬首，悲觀鎖上廁所會(huì)第一時(shí)間把門(mén)反鎖上，這樣其他人上廁所只能在門(mén)外等候禀崖，這種狀態(tài)就是「阻塞」了衩辟。

回到代碼世界中，一個(gè)共享數(shù)據(jù)加了悲觀鎖波附，那線程每次想操作這個(gè)數(shù)據(jù)前都會(huì)假設(shè)其他線程也可能會(huì)操作這個(gè)數(shù)據(jù)，所以每次操作前都會(huì)上鎖昼钻，這樣其他線程想操作這個(gè)數(shù)據(jù)拿不到鎖只能阻塞了掸屡。

在 Java 語(yǔ)言中 synchronized 和 ReentrantLock等就是典型的悲觀鎖，還有一些使用了 synchronized 關(guān)鍵字的容器類(lèi)如 HashTable 等也是悲觀鎖的應(yīng)用然评。

樂(lè)觀鎖

樂(lè)觀鎖 對(duì)應(yīng)于生活中樂(lè)觀的人仅财，樂(lè)觀的人總是想著事情往好的方向發(fā)展。

舉個(gè)生活中的例子碗淌，假設(shè)廁所只有一個(gè)坑位了盏求，樂(lè)觀鎖認(rèn)為：這荒郊野外的，又沒(méi)有什么人亿眠，不會(huì)有人搶我坑位的碎罚，每次關(guān)門(mén)上鎖多浪費(fèi)時(shí)間，還是不加鎖好了纳像。你看樂(lè)觀鎖就是天生樂(lè)觀荆烈！

回到代碼世界中，樂(lè)觀鎖操作數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)上鎖，在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間是否有其他線程去更新這個(gè)數(shù)據(jù)憔购。

樂(lè)觀鎖可以使用版本號(hào)機(jī)制和CAS算法實(shí)現(xiàn)宫峦。在 Java 語(yǔ)言中 java.util.concurrent.atomic包下的原子類(lèi)就是使用CAS 樂(lè)觀鎖實(shí)現(xiàn)的。

兩種鎖的使用場(chǎng)景

悲觀鎖和樂(lè)觀鎖沒(méi)有孰優(yōu)孰劣玫鸟，有其各自適應(yīng)的場(chǎng)景导绷。

樂(lè)觀鎖適用于寫(xiě)比較少（沖突比較小）的場(chǎng)景屎飘，因?yàn)椴挥蒙湘i妥曲、釋放鎖，省去了鎖的開(kāi)銷(xiāo)枚碗，從而提升了吞吐量逾一。

如果是寫(xiě)多讀少的場(chǎng)景，即沖突比較嚴(yán)重肮雨，線程間競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)遵堵，使用樂(lè)觀鎖就是導(dǎo)致線程不斷進(jìn)行重試，這樣可能還降低了性能怨规，這種場(chǎng)景下使用悲觀鎖就比較合適陌宿。

獨(dú)占鎖和共享鎖

獨(dú)占鎖

獨(dú)占鎖是指鎖一次只能被一個(gè)線程所持有。如果一個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)加上排他鎖后波丰，那么其他線程不能再對(duì)該數(shù)據(jù)加任何類(lèi)型的鎖壳坪。獲得獨(dú)占鎖的線程即能讀數(shù)據(jù)又能修改數(shù)據(jù)。

JDK中的synchronized和java.util.concurrent(JUC)包中Lock的實(shí)現(xiàn)類(lèi)就是獨(dú)占鎖掰烟。

共享鎖

共享鎖是指鎖可被多個(gè)線程所持有爽蝴。如果一個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)加上共享鎖后，那么其他線程只能對(duì)數(shù)據(jù)再加共享鎖纫骑，不能加獨(dú)占鎖蝎亚。獲得共享鎖的線程只能讀數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)先馆。

在 JDK 中 ReentrantReadWriteLock 就是一種共享鎖发框。

互斥鎖和讀寫(xiě)鎖

互斥鎖

互斥鎖是獨(dú)占鎖的一種常規(guī)實(shí)現(xiàn)，是指某一資源同時(shí)只允許一個(gè)訪問(wèn)者對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)煤墙，具有唯一性和排它性梅惯。

互斥鎖一次只能一個(gè)線程擁有互斥鎖，其他線程只有等待仿野。

讀寫(xiě)鎖

讀寫(xiě)鎖是共享鎖的一種具體實(shí)現(xiàn)铣减。讀寫(xiě)鎖管理一組鎖，一個(gè)是只讀的鎖设预，一個(gè)是寫(xiě)鎖徙歼。

讀鎖可以在沒(méi)有寫(xiě)鎖的時(shí)候被多個(gè)線程同時(shí)持有，而寫(xiě)鎖是獨(dú)占的。寫(xiě)鎖的優(yōu)先級(jí)要高于讀鎖魄梯，一個(gè)獲得了讀鎖的線程必須能看到前一個(gè)釋放的寫(xiě)鎖所更新的內(nèi)容桨螺。

讀寫(xiě)鎖相比于互斥鎖并發(fā)程度更高，每次只有一個(gè)寫(xiě)線程酿秸，但是同時(shí)可以有多個(gè)線程并發(fā)讀灭翔。

在 JDK 中定義了一個(gè)讀寫(xiě)鎖的接口：ReadWriteLock

public interface ReadWriteLock {
    /**
     * 獲取讀鎖
     */
    Lock readLock();

    /**
     * 獲取寫(xiě)鎖
     */
    Lock writeLock();
}

ReentrantReadWriteLock 實(shí)現(xiàn)了ReadWriteLock接口，具體實(shí)現(xiàn)這里不展開(kāi)辣苏，后續(xù)會(huì)深入源碼解析肝箱。

公平鎖和非公平鎖

公平鎖

公平鎖是指多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序來(lái)獲取鎖，這里類(lèi)似排隊(duì)買(mǎi)票稀蟋，先來(lái)的人先買(mǎi)煌张，后來(lái)的人在隊(duì)尾排著，這是公平的退客。

在 java 中可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)初始化公平鎖

/**
* 創(chuàng)建一個(gè)可重入鎖骏融，true 表示公平鎖，false 表示非公平鎖萌狂。默認(rèn)非公平鎖
*/
Lock lock = new ReentrantLock(true);

非公平鎖

非公平鎖是指多個(gè)線程獲取鎖的順序并不是按照申請(qǐng)鎖的順序档玻，有可能后申請(qǐng)的線程比先申請(qǐng)的線程優(yōu)先獲取鎖，在高并發(fā)環(huán)境下茫藏，有可能造成優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)误趴，或者饑餓的狀態(tài)（某個(gè)線程一直得不到鎖）。

在 java 中 synchronized 關(guān)鍵字是非公平鎖务傲，ReentrantLock默認(rèn)也是非公平鎖凉当。

/**
* 創(chuàng)建一個(gè)可重入鎖，true 表示公平鎖售葡，false 表示非公平鎖纤怒。默認(rèn)非公平鎖
*/
Lock lock = new ReentrantLock(false);

可重入鎖

可重入鎖又稱(chēng)之為遞歸鎖，是指同一個(gè)線程在外層方法獲取了鎖天通，在進(jìn)入內(nèi)層方法會(huì)自動(dòng)獲取鎖。

對(duì)于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個(gè)可重入鎖熄驼。對(duì)于Synchronized而言像寒，也是一個(gè)可重入鎖。

敲黑板：可重入鎖的一個(gè)好處是可一定程度避免死鎖瓜贾。

以 synchronized 為例诺祸，看一下下面的代碼：

public synchronized void mehtodA() throws Exception{
 // Do some magic tings
 mehtodB();
}

public synchronized void mehtodB() throws Exception{
 // Do some magic tings
}

上面的代碼中 methodA 調(diào)用 methodB，如果一個(gè)線程調(diào)用methodA 已經(jīng)獲取了鎖再去調(diào)用 methodB 就不需要再次獲取鎖了祭芦，這就是可重入鎖的特性筷笨。如果不是可重入鎖的話，mehtodB 可能不會(huì)被當(dāng)前線程執(zhí)行，可能造成死鎖胃夏。

自旋鎖

自旋鎖是指線程在沒(méi)有獲得鎖時(shí)不是被直接掛起轴或，而是執(zhí)行一個(gè)忙循環(huán)，這個(gè)忙循環(huán)就是所謂的自旋仰禀。

自旋鎖的目的是為了減少線程被掛起的幾率照雁，因?yàn)榫€程的掛起和喚醒也都是耗資源的操作。

如果鎖被另一個(gè)線程占用的時(shí)間比較長(zhǎng)答恶，即使自旋了之后當(dāng)前線程還是會(huì)被掛起饺蚊，忙循環(huán)就會(huì)變成浪費(fèi)系統(tǒng)資源的操作，反而降低了整體性能悬嗓。因此自旋鎖是不適應(yīng)鎖占用時(shí)間長(zhǎng)的并發(fā)情況的污呼。

在 Java 中，AtomicInteger 類(lèi)有自旋的操作包竹，我們看一下代碼：

public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
    int v;
    do {
        v = getIntVolatile(o, offset);
    } while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
    return v;
}

CAS 操作如果失敗就會(huì)一直循環(huán)獲取當(dāng)前 value 值然后重試燕酷。

另外自適應(yīng)自旋鎖也需要了解一下。

在JDK1.6又引入了自適應(yīng)自旋映企，這個(gè)就比較智能了悟狱，自旋時(shí)間不再固定，由前一次在同一個(gè)鎖上的自旋時(shí)間以及鎖的擁有者的狀態(tài)來(lái)決定堰氓。如果虛擬機(jī)認(rèn)為這次自旋也很有可能再次成功那就會(huì)次序較多的時(shí)間挤渐，如果自旋很少成功，那以后可能就直接省略掉自旋過(guò)程双絮，避免浪費(fèi)處理器資源浴麻。

分段鎖

分段鎖 是一種鎖的設(shè)計(jì)，并不是具體的一種鎖囤攀。

分段鎖設(shè)計(jì)目的是將鎖的粒度進(jìn)一步細(xì)化软免，當(dāng)操作不需要更新整個(gè)數(shù)組的時(shí)候，就僅僅針對(duì)數(shù)組中的一項(xiàng)進(jìn)行加鎖操作焚挠。

在 Java 語(yǔ)言中 CurrentHashMap 底層就用了分段鎖膏萧，使用Segment，就可以進(jìn)行并發(fā)使用了蝌衔。

鎖升級(jí)（無(wú)鎖|偏向鎖|輕量級(jí)鎖|重量級(jí)鎖）

JDK1.6 為了提升性能減少獲得鎖和釋放鎖所帶來(lái)的消耗榛泛，引入了4種鎖的狀態(tài)：無(wú)鎖、偏向鎖噩斟、輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖曹锨，它會(huì)隨著多線程的競(jìng)爭(zhēng)情況逐漸升級(jí)，但不能降級(jí)剃允。

無(wú)鎖

無(wú)鎖狀態(tài)其實(shí)就是上面講的樂(lè)觀鎖沛简，這里不再贅述齐鲤。

偏向鎖

Java偏向鎖(Biased Locking)是指它會(huì)偏向于第一個(gè)訪問(wèn)鎖的線程，如果在運(yùn)行過(guò)程中椒楣，只有一個(gè)線程訪問(wèn)加鎖的資源给郊，不存在多線程競(jìng)爭(zhēng)的情況，那么線程是不需要重復(fù)獲取鎖的撒顿，這種情況下丑罪，就會(huì)給線程加一個(gè)偏向鎖。

偏向鎖的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)控制對(duì)象Mark Word的標(biāo)志位來(lái)實(shí)現(xiàn)的凤壁，如果當(dāng)前是可偏向狀態(tài)吩屹，需要進(jìn)一步判斷對(duì)象頭存儲(chǔ)的線程 ID 是否與當(dāng)前線程 ID 一致，如果一致直接進(jìn)入拧抖。

輕量級(jí)鎖

當(dāng)線程競(jìng)爭(zhēng)變得比較激烈時(shí)煤搜，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，輕量級(jí)鎖認(rèn)為雖然競(jìng)爭(zhēng)是存在的唧席，但是理想情況下競(jìng)爭(zhēng)的程度很低擦盾，通過(guò)自旋方式等待上一個(gè)線程釋放鎖。

重量級(jí)鎖

如果線程并發(fā)進(jìn)一步加劇淌哟，線程的自旋超過(guò)了一定次數(shù)迹卢，或者一個(gè)線程持有鎖，一個(gè)線程在自旋徒仓，又來(lái)了第三個(gè)線程訪問(wèn)時(shí)（反正就是競(jìng)爭(zhēng)繼續(xù)加大了）腐碱，輕量級(jí)鎖就會(huì)膨脹為重量級(jí)鎖，重量級(jí)鎖會(huì)使除了此時(shí)擁有鎖的線程以外的線程都阻塞掉弛。

升級(jí)到重量級(jí)鎖其實(shí)就是互斥鎖了症见，一個(gè)線程拿到鎖，其余線程都會(huì)處于阻塞等待狀態(tài)殃饿。

在 Java 中谋作，synchronized 關(guān)鍵字內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理就是鎖升級(jí)的過(guò)程：無(wú)鎖 --> 偏向鎖 --> 輕量級(jí)鎖 --> 重量級(jí)鎖。這一過(guò)程在后續(xù)講解 synchronized 關(guān)鍵字的原理時(shí)會(huì)詳細(xì)介紹乎芳。

鎖優(yōu)化技術(shù)（鎖粗化遵蚜、鎖消除）

鎖粗化

鎖粗化就是將多個(gè)同步塊的數(shù)量減少，并將單個(gè)同步塊的作用范圍擴(kuò)大奈惑，本質(zhì)上就是將多次上鎖谬晕、解鎖的請(qǐng)求合并為一次同步請(qǐng)求。

舉個(gè)例子携取，一個(gè)循環(huán)體中有一個(gè)代碼同步塊，每次循環(huán)都會(huì)執(zhí)行加鎖解鎖操作帮孔。

private static final Object LOCK = new Object();

for(int i = 0;i < 100; i++) {
    synchronized(LOCK){
        // do some magic things
    }
}

經(jīng)過(guò)鎖粗化后就變成下面這個(gè)樣子了：

 synchronized(LOCK){
     for(int i = 0;i < 100; i++) {
        // do some magic things
    }
}

鎖消除

鎖消除是指虛擬機(jī)編譯器在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到了共享數(shù)據(jù)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)的鎖雷滋，從而將這些鎖進(jìn)行消除不撑。

舉個(gè)例子讓大家更好理解。

public String test(String s1, String s2){
    StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
    stringBuffer.append(s1);
    stringBuffer.append(s2);
    return stringBuffer.toString();
}

上面代碼中有一個(gè) test 方法晤斩，主要作用是將字符串 s1 和字符串 s2 串聯(lián)起來(lái)焕檬。

test 方法中三個(gè)變量s1, s2, stringBuffer， 它們都是局部變量澳泵，局部變量是在棧上的实愚，棧是線程私有的，所以就算有多個(gè)線程訪問(wèn) test 方法也是線程安全的兔辅。

我們都知道 StringBuffer 是線程安全的類(lèi)腊敲，append 方法是同步方法，但是 test 方法本來(lái)就是線程安全的维苔，為了提升效率碰辅，虛擬機(jī)幫我們消除了這些同步鎖，這個(gè)過(guò)程就被稱(chēng)為鎖消除介时。

StringBuffer.class

// append 是同步方法
public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}

一張圖總結(jié)：

前面講了 Java 語(yǔ)言中各種各種的鎖没宾，最后再通過(guò)六個(gè)問(wèn)題統(tǒng)一總結(jié)一下：

-- End --

原文鏈接：
https://mp.weixin.qq.com/s/2jxzNnyGWDFol4Q9R2a_Yg
作者：雷小帥