JAVA锁的机制

锁的机制用一句话简单概括来说，就是通过生产者-->业务-->消费者，类似于消息队列。

锁机制是用来实现线程间同步的基础，并非是JAVA中独有的概念，按照锁分类，有以下几种锁：

• 公平锁/非公平锁

• 可重入锁/不可重入锁

• 独占锁/共享锁

• 互斥锁/读写锁

• 乐观锁/悲观锁

• 分段锁

• 偏向锁/轻量级锁/重量级锁

• 自旋锁

锁机制

一、介绍

公平锁/非公平锁
可重入锁/不可重入锁
独占锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁
但这些锁并不完全指的是锁，有的是锁设计，有的是锁状态，也有的是锁的特性。

下面就介绍一下关于这些锁

二、公平锁/非公平锁

1. 公平锁
就是指当多个线程都要申请锁时，需要按照申请锁的先后顺序来进行获取。

2. 非公平锁
指当多个线程申请锁时，无法确定哪一个线程会获取锁，与申请的先后顺序无关

💡 非公平锁相较于公平锁，吞吐量上会更具优势。JAVA中的synchronized关键字和ReentrantLock都是非公平锁，但ReentrantLock是通过AQS实现的线程调度，所以可以**使ReentrantLock变为公平锁；**synchronized则没有办法变为公平锁。

三、可重入锁/不可重入锁

1. 可重入锁
顾名思义就是说可以重复获取的锁，但仅仅针对同一个的线程。对于同一个线程来说，如果该对象已经获取到了该锁并且没有释放，那么它可以继续获取该锁而不会造成死锁。

2. 不可重入锁
与可重入锁相反，即使是同一个线程，在持有锁的状态下继续申请该锁，也同样造成死锁的问题。也就是说这种锁不可以递归调用，一旦递归调用就会造成死锁。

💡 ReentrantLock翻译过来就是可重入锁，所以听名字就知道他是可重入的，而synchronized实际上也是一个可重入锁

如何判断一个锁是否使可重入锁呢？

class Test{
    public void a(){
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
        lock.lock();
        // 重复调用锁不会造成死锁即是不可重入锁
        lock.lock();
    }
}

四、独占锁/共享锁

1. 独占锁
在同一时间只有一个线程可以获取到这个锁，也就是说不会存在两个线程同时持有一把锁的情况，当一个线程获取到锁，其他线程就会阻塞。

2. 共享锁
允许有多个线程同时获取到该锁，不同线程获取同一把锁时不会阻塞。

五、互斥锁/读写锁

1. 互斥锁
互斥锁的效果和概念类似于独占锁，都是在同一时刻只能有一个线程获取到锁。（我不太清楚互斥锁和独占锁之间是否有区别，有知道的朋友可以留言告诉我一下。）

2. 读写锁
读写锁就是一种互斥锁。我们知道多线程读文件不会导致并发问题，但多线程写就存在并发问题。所以在读-读的场景下是不存在互斥关系的，但在读-写，写-写的场景下是存在互斥关系的，当一个线程持有了写锁，那么其他任何线程都不能获取读锁或者写锁。

💡 读写锁是一种特殊的独占锁，因为读-读的场景下并不存在互斥关系，而读-写，写-写的场景下存在互斥关系，所以读写锁更适用于读多写少的场景。

六、乐观锁/悲观锁

1. 乐观锁
乐观锁实际上并不是锁，他总是乐观的认为在他要修改数据的时候，其他线程不会进行修改。仅仅只是在更新数据的时候判断数据是否被更改。我们一般使用CAS算法+版本号进行实现。

💡 单纯使用CAS算法的话存在ABA问题，也就是说数据从A变到了B，又从B变了A，这时候CAS算法就会认为数据没有发生变更。所以我们需要添加版本号解决该问题，每次对数据的操作都会让版本号+1，从而解决该问题。

2. 悲观锁
悲观锁和乐观锁相反，他悲观的认为每次修改数据都存在其他线程同时修改，于是每次修改数据都会对资源上锁，阻塞其他线程。

💡 JAVA中synchronized和ReentrantLock都是悲观锁。

七、分段锁

分段锁不是一种实际存在的锁，他是一种锁的设计思想。有的时候我们仅仅只是需要修改部分数据，但我们却需要将整个对象锁住，这会导致一定的性能问题，而如果我们只是对需要修改的那一段数据进行加锁的话，效率就会高很多。但是分段锁也并不是越多越好，当我们需要进行统计的时候，我们就需要获取到所有的分段锁才可以进行统计。

八、偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这几个锁也并非是实际的锁，而是一种JAVA中锁的状态。JAVA中锁从低到高有以下几个状态

无锁
偏向锁
轻量级锁
重量级锁

这几个锁状态是JVM为了提高锁的获取效率而提出来的，使用在synchronized中。

1. 锁升级
我们常说的锁升级就是指在竞争锁的过程中，根据竞争的激烈程度，锁的状态发生由低到高的转变，且这种转变过程是不可逆的。这种现象被称为锁升级。

锁状态	竞争锁状况	描述
偏向锁	基本无竞争	若一段代码一直被同一个线程执行，则这个线程就会自动获得这个锁。
轻量级锁	较少竞争	若锁处于偏向锁状态，且有另一个线程申请该锁，则升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的方式进行等待，不会阻塞。
重量级锁	较多竞争	当锁处于偏向锁状态，且其他线程自旋的次数达到一个阈值时，就会升级为重量级锁，对其他线程进行阻塞，性能会有所下降。

九、自旋锁

自旋可以理解为自己原地转圈等待，而在代码里的体现形式就是循环。CAS算法其实就是一种自旋的实现。

在CAS中有几个值V，E，N。V是当前值，E是期望的变量值，N是变量的新值。当且仅当V==E时才会将N复制给V。

十、总结

锁机制的目的是解决线程安全问题，而使用锁机制必然会导致性能的降低，因为从并发变为了同步。悲观锁、独占锁等会导致线程阻塞，比较重，为了尽可能的减少对性能的影响，就出现了乐观锁，自旋锁，通过其他方式来达到线程安全的目的，但这种锁一般只使用在并发量不高的情况下。因为读写的特性，可以存在同时读，但不能存在同时写，于是有了读写锁。

每种锁的出现都有它的意义，对于我们上层开发人员来说难的不是使用锁，而是判断在什么情况下应该使用哪种锁，在解决并发问题的同时尽可能的减少对性能的影响。