java中锁的分类和使用

java中的锁分为以下几种

• 乐观锁、悲观锁
• 独享锁、共享锁
• 公平锁、非公平锁
• 互斥锁、读写锁
• 可重入锁
• 分段锁
• 锁升级(无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁) 　

以上是一些锁的名词，这些分类并不是全是指锁的状态，有的指锁的特性，有的指锁的设计，下面总结的内容是对每个锁的名词进行一定的解释。

1、乐观锁 & 悲观锁

乐观锁与悲观锁并不是特指某两种类型的锁，是人们定义出来的概念或思想，主要是指看待并发同步的角度。

乐观锁：乐观锁认为一个线程去拿数据的时候不会有其他线程对数据进行更改，所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据。

实现方式：CAS机制、版本号机制(记录数据库版本)

CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

 

                                                                        版本号机制实现乐观锁

ABA问题:

ABA问题是CAS机制中出现的一个问题，他的描述是这样的。我们直接画一张图来演示，

什么意思呢？就是说一个线程把数据A变为了B，然后又重新变成了A。此时另外一个线程读取的时候，发现A没有变化，就误以为是原来的那个A。这就是有名的ABA问题。ABA问题会带来什么后果呢？我们举个例子。

一个小偷，把别人家的钱偷了之后又还了回来，还是原来的钱吗，你老婆出轨之后又回来，还是原来的老婆吗？ABA问题也一样，如果不好好解决就会带来大量的问题。最常见的就是资金问题，也就是别人如果挪用了你的钱，在你发现之前又还了回来。但是别人却已经触犯了法律。

解决方法:加一个时间戳 或则版本号 每次对比版本号

悲观锁：总是假设最坏的情况，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阻塞直到它拿到锁。比如Java里面的同步原语synchronized关键字的实现就是悲观锁。

悲观并发控制实际上是“先取锁再访问”的保守策略，为数据处理的安全提供了保证。

悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。

乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

2.独享锁/共享锁

两种锁只是一种概念

独享锁：该锁一次只能被一个线程所持有

共享锁：该锁可以被多个线程所持有

举例：

synchronized是独享锁；

可重入锁ReentrantLock是独享锁；

读写锁ReentrantReadWriteLock中的读锁ReadLock是共享锁，写锁WriteLock是独享锁。

独享锁与共享锁通过AQS(AbstractQueuedSynchronizer)来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。

3. 互斥锁/读写锁

上面讲的独享锁/共享锁就是一种概念，互斥锁/读写锁是具体的实现。

互斥锁的具体实现就是synchronized、ReentrantLock。ReentrantLock是JDK1.5的新特性，采用ReentrantLock可以完全替代替换synchronized传统的锁机制，更加灵活。

读写锁的具体实现就是读写锁ReadWriteLock。

 

4、可重入锁

　可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。

　　对于Java ReetrantLock而言，从名字就可以看出是一个重入锁，其名字是Re entrant Lock 重新进入锁。

　　对于Synchronized而言，也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

synchronized void setA() throws Exception{
 　　Thread.sleep(1000);
 　　setB();
}
 
synchronized void setB() throws Exception{
 　　Thread.sleep(1000);
}

上面的代码就是一个可重入锁的一个特点。如果不是可重入锁的话，setB可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。

优点：避免死锁

5、公平锁 & 非公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。

　　非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。

　　对于Java ReetrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

　　对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

6、分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。

　　我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7和JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock）。

　　当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在哪一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。

　　但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。

　　分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

7、偏向锁 & 轻量级锁 & 重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。

　　偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

　　轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。

　　重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让他申请的线程进入阻塞，性能降低。

锁的优缺点对比

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距	如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗	适用于只有一个线程访问同步块场景
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度	如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU	追求响应时间,锁占用时间很短
重量级锁	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU	线程阻塞，响应时间缓慢	追求吞吐量,锁占用时间较长

8.自旋锁

在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。