面試官問我“Java中的鎖有哪些？以及區別”，我跪了

在讀很多并發文章中，會提及各種各樣鎖如公平鎖，樂觀鎖等等，這篇文章介紹各種鎖的分類。介紹的內容如下：

• 公平鎖/非公平鎖
• 可重入鎖
• 獨享鎖/共享鎖
• 互斥鎖/讀寫鎖
• 樂觀鎖/悲觀鎖
• 分段鎖
• 偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖
• 自旋鎖 上面是很多鎖的名詞，這些分類并不是全是指鎖的狀態，有的指鎖的特性，有的指鎖的設計，下面總結的內容是對每個鎖的名詞進行一定的解釋。

公平鎖/非公平鎖

公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。
非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序并不是按照申請鎖的順序，有可能后申請的線程比先申請的線程優先獲取鎖。有可能，會造成優先級反轉或者饑餓現象。
對于Java ReentrantLock而言，通過構造函數指定該鎖是否是公平鎖，默認是非公平鎖。非公平鎖的優點在于吞吐量比公平鎖大。
對于Synchronized而言，也是一種非公平鎖。由于其并不像ReentrantLock是通過AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的來實現線程調度，所以并沒有任何辦法使其變成公平鎖。

可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖，是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候，在進入內層方法會自動獲取鎖。說的有點抽象，下面會有一個代碼的示例。
對于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖，其名字是Re entrant Lock重新進入鎖。
對于Synchronized而言,也是一個可重入鎖。可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖。

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

上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特點，如果不是可重入鎖的話，setB可能不會被當前線程執行，可能造成死鎖。

獨享鎖/共享鎖

• 獨享鎖是指該鎖一次只能被一個線程所持有。
• 共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有。
  對于Java ReentrantLock而言，其是獨享鎖。但是對于Lock的另一個實現類ReadWriteLock，其讀鎖是共享鎖，其寫鎖是獨享鎖。
  讀鎖的共享鎖可保證并發讀是非常高效的，讀寫，寫讀 ，寫寫的過程是互斥的。
  獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現的，通過實現不同的方法，來實現獨享或者共享。
  對于Synchronized而言，當然是獨享鎖。

互斥鎖/讀寫鎖

上面講的獨享鎖/共享鎖就是一種廣義的說法，互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現。

• 互斥鎖在Java中的具體實現就是ReentrantLock
• 讀寫鎖在Java中的具體實現就是ReadWriteLock

樂觀鎖/悲觀鎖

樂觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什么類型的鎖，而是指看待并發同步的角度。

• 悲觀鎖認為對于同一個數據的并發操作，一定是會發生修改的，哪怕沒有修改，也會認為修改。因此對于同一個數據的并發操作，悲觀鎖采取加鎖的形式。悲觀的認為，不加鎖的并發操作一定會出問題。
• 樂觀鎖則認為對于同一個數據的并發操作，是不會發生修改的。在更新數據的時候，會采用嘗試更新，不斷重新的方式更新數據。樂觀的認為，不加鎖的并發操作是沒有事情的。
  從上面的描述我們可以看出，悲觀鎖適合寫操作非常多的場景，樂觀鎖適合讀操作非常多的場景，不加鎖會帶來大量的性能提升。
  悲觀鎖在Java中的使用，就是利用各種鎖。
  樂觀鎖在Java中的使用，是無鎖編程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子類，通過CAS自旋實現原子操作的更新。

分段鎖

分段鎖其實是一種鎖的設計，并不是具體的一種鎖，對于ConcurrentHashMap而言，其并發的實現就是通過分段鎖的形式來實現高效的并發操作。

我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想，ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment，它即類似于HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實現）的結構，即內部擁有一個Entry數組，數組中的每個元素又是一個鏈表；同時又是一個ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。

當需要put元素的時候，并不是對整個hashmap進行加鎖，而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中，然后對這個分段進行加鎖，所以當多線程put的時候，只要不是放在一個分段中，就實現了真正的并行的插入。

但是，在統計size的時候，可就是獲取hashmap全局信息的時候，就需要獲取所有的分段鎖才能統計。

分段鎖的設計目的是細化鎖的粒度，當操作不需要更新整個數組的時候，就僅僅針對數組中的一項進行加鎖操作。

偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態，并且是針對Synchronized。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現高效Synchronized。這三種鎖的狀態是通過對象監視器在對象頭中的字段來表明的。

• 偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問，那么該線程會自動獲取鎖。降低獲取鎖的代價。
• 輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候，被另一個線程所訪問，偏向鎖就會升級為輕量級鎖，其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖，不會阻塞，提高性能。
• 重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候，另一個線程雖然是自旋，但自旋不會一直持續下去，當自旋一定次數的時候，還沒有獲取到鎖，就會進入阻塞，該鎖膨脹為重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞，性能降低。

自旋鎖

在Java中，自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞，而是采用循環的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗，缺點是循環會消耗CPU。
典型的自旋鎖實現的例子，可以參考自旋鎖的實現