Java锁的深度化

一、悲观锁

1、概念

悲观锁悲观的认为每一次操作都会造成更新丢失问题，在每次查询时加上排他锁。
每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。

2、sql语句

for update 标识为使用悲观锁

Select * from table for update;

二、乐观锁

1、概念

乐观锁会乐观的认为每次查询都不会造成更新丢失,利用版本字段控制

2.sql语句

select version as v, column from table where column = ?
update table set version = (version + 1), column = ? where version = v and colunm = ?

三、重入锁

1、概念

重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。
在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁

2、Java代码

package com.example.demo.thread;
/**
* @Description 锁
* @author 大都督
* @date 2019年5月2日
*/
public class LockTest {
      //内部类线程
      public class Test implements Runnable {
            public  synchronized void get() {
                  System.out.println("name:" +  Thread.currentThread().getName() + " get();");
                  set();
            }
            public synchronized  void set() {
                  System.out.println("name:" +  Thread.currentThread().getName() + " set();");
            }
            @Override
            public void run() {
                  get();
            }
      }
      
      public  synchronized void get() {
            System.out.println("name:" +  Thread.currentThread().getName() + " get();");
            set();
      }
      public synchronized  void set() {
            System.out.println("name:" +  Thread.currentThread().getName() + " set();");
      }
      
      public static void main(String[] args) {
            LockTest lockTest = new LockTest();
            Test ss = lockTest.new Test();
            new Thread(ss).start();
            new Thread(ss).start();
            new Thread(ss).start();
            new Thread(ss).start();
      }
}

运行结果：

四、读写锁

1、介绍

假设你的程序中涉及到对一些共享资源的读和写操作，且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候，两个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程能同时读取共享资源。但是如果有一个线程想去写这些共享资源，就不应该再有其它线程对该资源进行读或写（译者注：也就是说：读-读能共存，读-写不能共存，写-写不能共存）。这就需要一个读/写锁来解决这个问题。Java5在java.util.concurrent包中已经包含了读写锁。尽管如此，我们还是应该了解其实现背后的原理。

2.Java代码

package com.example.demo.thread;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* @Description 读写锁
* @author 大都督
* @date 2019年5月6日
*/
public class ReentrantReadWriteLockTest {
      static Map map = new HashMap();
      static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
      static Lock r = rwl.readLock();
      static Lock w = rwl.writeLock();
      // 获取一个key对应的value
      public static final Object get(String key) {
            r.lock();
            try {
                  System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 开始");
                  Thread.sleep(100);
                  Object object = map.get(key);
                  System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 结束");
                  System.out.println();
                  return object;
            } catch (InterruptedException e) {
            } finally {
                  r.unlock();
            }
            return key;
      }
      // 设置key对应的value，并返回旧有的value
      public static final Object put(String key, Object value) {
            w.lock();
            try {
                  System.out.println("正在做写的操作,key:" + key +  ",value:" + value + "开始.");
                  Thread.sleep(100);
                  Object object = map.put(key, value);
                  System.out.println("正在做写的操作,key:" + key +  ",value:" + value + "结束.");
                  System.out.println();
                  return object;
            } catch (InterruptedException e) {
            } finally {
                  w.unlock();
            }
            return value;
      }
      // 清空所有的内容
      public static final void clear() {
            w.lock();
            try {
                  map.clear();
            } finally {
                  w.unlock();
            }
      }
      public static void main(String[] args) {
            new Thread(new Runnable() {
                  @Override
                  public void run() {
                        for (int i = 0; i < 10; i++) {
                              ReentrantReadWriteLockTest.put(i + "", i +  "");
                        }
                  }
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
                  @Override
                  public void run() {
                        for (int i = 0; i < 10; i++) {
                              ReentrantReadWriteLockTest.get(i + "");
                        }
                  }
            }).start();
      }
}

运行结果

五、CAS无锁机制

1、非阻塞性

与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

2、无锁的好处：

第一，在高并发的情况下，它比有锁的程序拥有更好的性能；
第二，它天生就是死锁免疫的。
就凭借这两个优势，就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。

3、CAS算法的过程

它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

4、CAS操作是抱着乐观的态度进行的

它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

5、CAS想法

简单地说，CAS需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取，再次尝试修改就好了。

6、在硬件层面

大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后，虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构，并且，这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

六、自旋锁

自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区
当一个线程 调用这个不可重入的自旋锁去加锁的时候没问题，当再次调用lock()的时候，因为自旋锁的持有引用已经不为空了，该线程对象会误认为是别人的线程持有了自旋锁使用了CAS原子操作，lock函数将owner设置为当前线程，并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null，并且预测值为当前线程。
当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空，导致循环一直被执行，直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null，第二个线程才能进入临界区。
由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

七、分布式锁

如果想在不同的jvm中保证数据同步，使用分布式锁技术。
有数据库实现、缓存实现、Zookeeper分布式锁