谈谈Java中的锁机制
一、Synchronized关键字原理
什么是Synchronized
Synchronized是java内建的同步机制，提供了互斥的语义和可见性，当一个线程已经获取当前锁时，其他试图获取锁的线程会被阻塞
Synchronized核心组件
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Wait Set
那些调用wait方法被阻塞的线程被放置在这里
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Contention List
竞争队列，所有请求锁的线程首先被放在这个竞争队列中
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Entry List
Connection List 中那些有资格成为候选资源的线程被移动到Entry List
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OnDeck
任意时刻，最多只有一个线程正在竞争锁资源，该线程被称为OnDeck
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Owner
当前已经获取到资源的线程被称为 Owner
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!Owner
当前释放锁的线程
图中需要注意的是 ：
步骤2中的移动线程是在Owner线程在unlock时，将Contention List中的部分线程移动到Entry List
步骤3中Owner线程并不直接把锁传递给OnDeck线程，而是把锁竞争的权利交给OnDeck，OnDeck需要重新竞争锁，JVM中这种选择行为称为 “竞争切换”
Synchronized是非公平锁，Synchronized在线程进入Contention List时，等待的线程会先尝试自旋获取锁（CAS），如果获取不到就进入Contention List，这对于已经进入队列的线程是不公平的，还有一个不公平的事情是自旋获取锁的线程还可能直接抢占OnDeck线程的锁资源
在Java 1.6中，Synchronized进行了优化，有适应自旋，锁消除，锁粗化，轻量级锁及偏向锁，效率上有了本质的提高
Synchronized底层原理
synchronized 代码块是由一对儿 monitorenter/monitorexit 指令实现的，Monitor 对象是同步的基本实现单元。
public class SyncTest {
public void syncBlock(){
synchronized (this){
System.out.println("hello block");
}
}
}
什么是锁的升级与降级
所谓锁的升级、降级就是JVM优化Synchronized运行的机制，当JVM检测到不同的竞争状况时，会自动调整到适合的锁实现，这种切换就是锁的升级、降级
当没有竞争的时候，默认会使用偏斜锁，JVM会利用CAS操作，在对象的Mark Word部分设置线程的ID，以表示这个对象偏向于当前线程，所以并不涉及真正的互斥锁，这样做的假设是基于在很多应用场景下，大部分的对象生命周期中最多会被一个线程锁定，使用偏斜锁可以降低无竞争开销
如果有另外的线程试图锁定某个已经被偏斜过的对象，JVM就需要撤销偏斜锁，切换到轻量级锁的实现，轻量级锁依赖CAS操作Mark Word来试图获取锁，如果重试成功，就是用普通的轻量级锁，否则，进一步升级为重量级锁
锁的降级是当JVM进入**安全点（Stop The World）**的时候，会检查是否有闲置的Monitor，然后试图进行降级
二、ReentrantLock
概念
ReentrantLock继承接口Lock，并实现了接口中定义的方法，它是一种可重入锁，除了能完成Synchronized所能完成的所有工作外，还提供了诸如可响应中断锁，可轮询锁请求，定时锁等避免多线程死锁的方法
可重入就是一个线程试图获取一个它已经获取的锁时，这个获取动作就自动成功，这是对锁获取粒度的一个概念，也就是锁的持有是以线程为单位，而不是基于调用次数
公平性
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);
当公平性设置为true时，会倾向于将锁赋予等待时间最久的线程，公平性是减少线程“饥饿”（个别线程长期等待锁，但始终无法获取）情况发生的一个办法
三、什么是公平锁与非公平锁
公平锁
加锁前检查是否有排队等待的线程，如果前面有线程在等待则加入等待队列，优先让队列头的线程获取锁，先入先出
非公平锁
加锁时不考虑排队等待问题，新加入的线程A直接尝试获取锁，如果当前占用锁的线程B刚好释放锁那么在非公平的情况下A线程直接就获取到了锁而不用加入队列等待，如果A线程直接获取锁失败的话就加入等待队列中
有关图解 ： https://www.jianshu.com/p/f584799f1c77
四、Volatile关键字
有时只是为了读写一两个实例字段而使用同步，所带来的开销有些划不来
这时候使用Volatile关键字，它为实例字段的同步访问提供了一种免锁机制，如果声明一个字段为Volatile，那么编译器和虚拟机就知道该字段可能被另一个线程并发更新
Volatile变量不能提供原子性，只能确保如果一个线程对变量做了修改，这个修改对读取这个变量的所有其他线程都可见
五、什么是CAS
CAS机制
无阻塞多线程抢占资源的模型
CAS机制使用了3个基本操作数 ：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B
更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B，如果预期值A与内存地址V中实际值不同时，线程会不断尝试更新预期值A与要修改的值，直到预期值符合内存地址的值为止
CAS的缺点
1、CPU开销较大
在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力
2、不能保证代码块的原子性
CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性，比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就只能使用Synchronized
ABA问题
CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中A时刻的数据，然后在B时刻进行比较并替换，那么在这个时间差会导致数据变化
例如 ：一个线程Thread1从内存位置V中取出P，这时候另一个线程Thread2也从内存中取出data1，并且Thread2进行了一些操作将数据变成Q，然后Thread2又将V位置的数据变成P，这时候线程Thread1进行CAS操作发现内存中仍是P，然后Thread1操作成功，尽管线程Thread1的CAS操作成功，但是不代表这个过程是没有问题的
部分乐观锁的实现是通过版本号（version）来解决ABA问题的，比如MySQL数据库的MVCC就是基于版本号实现的乐观锁，乐观锁在每次执行数据的修改操作时，都会带上一个版本号，一旦版本号和数据版本号一致就可以执行修改操作并对版本号执行+1操作，否则就执行失败，因为每次操作的版本号会随之增加，所以不会出现ABA问题，因为版本号只会增加不会减少。
六、什么是AQS
AQS只是一个框架，具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现，AQS这里只定义了一个接口，具体资源的获取交由自定义同步器去实现（通过state的get/set/CAS）。至于能不能重入，能不能阻塞，那就看具体的自定义同步器怎么去设计了，当然，自定义同步器在进行资源访问时要考虑线程安全的影响。这里没有定义成abstract是因为独占模式下只用实现tryAcquire-tryRelease，而共享模式下只用实现tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract，那么每个模式也要去实现另一模式下的接口，这样设计可以尽量减少不必要的工作量
七、什么是死锁与活锁
死锁
死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，由于竞争资源或者处于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去，此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁
活锁
活锁也是一种死锁，死锁的话，所有线程都处于阻塞状态，活锁是由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，但有可能自行解开，比如设置了重试次数限制，或者超时时间