锁

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乐观锁 & 悲观锁

乐观锁与悲观锁是一种广义上的概念，体现了看待线程同步的不同角度。

悲观锁是指在进行并发操作时，悲观的认为在使用数据时很有可能有其他线程来修改数据，因此在获取数据时先加锁，确保数据不会被别的线程修改。 synchronized 和 Lock 的实现就是悲观锁。适合写操作多的场景。

// ------------------------- 悲观锁的调用方式 -------------------------
// synchronized 同步方法
public synchronized void testMethod() {
    // 操作同步资源
}

// ReentrantLock
// 需要保证多个线程使用的是同一个锁
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 
public void modifyPublicResources() {
    lock.lock();
    // 操作同步资源
    lock.unlock();
}

乐观锁是指在进行并发操作时，乐观的认为在使用数据时大概率不会有其他线程修改数据，因此在获取数据时不添加锁，只是在更新数据的时候去判断之前有没有别的线程更新了这个数据。如果数据没有被更新，则将当前线程数据写入；如果数据已经被更新，则根据不同的实现方式执行不同的操作（报错或者重试）。适合读操作多的场景 。乐观锁在 Java 中是通过使用无锁编程来实现，最常采用的是 CAS 算法，Java 原子类中的递增操作就通过 CAS 自旋实现。

// ------------------------- 乐观锁的调用方式 -------------------------
// 需要保证多个线程使用的是同一个 AtomicInteger
// AtomicInteger 原子类 compareAndSet() 和 getAndIncrement() 等方法都使用了 Unsafe 类的 CAS 操作
private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();  
atomicInteger.incrementAndGet();

自旋锁

Java 线程的阻塞或唤醒操作需要操作系统切换 CPU 状态，状态转换需要耗费处理器时间。如果同步代码块中的内容过于简单，状态转换消耗的时间有可能比代码执行的时间还要长。

在许多场景中，同步资源的锁定时间很短，为了这一小段时间去切换线程，线程挂起和恢复的时间花费可能会让系统得不偿失。自旋锁就是为了让当前线程“稍等一下”，看看持有锁的线程是否很快就会释放锁，从而避免切换线程的开销。

自旋锁不能代替阻塞，虽然避免了线程切换的开销，但要占用处理器时间。如果锁被占用的时间很短，自旋等待的效果就会非常好。反之，自旋的线程只会浪费处理器资源。所以自旋等待的时间必须要有限度，当前超过了限定次数（默认是10次，可以使用 -XX:PreBlockSpin 来更改）没有成功获得锁，就应当挂起线程。

CAS 中 AtomicInteger 中调用 unsafe 进行自增操作的源码中的 do-while 循环就是一个自旋操作，如果修改数值失败则通过循环来执行自旋，直至修改成功。

在 JDK 1.6 中引入了自适应自旋锁，自旋的时间不再固定，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获取过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么JVM会认为该锁自旋获取到锁的可能性很大，会自动增加等待时间。相反，如果对于某个锁，自旋很少成功获取锁。那以后要获取锁时可能省略掉自旋过程，以避免浪费处理器资源。

无锁/偏向锁/轻量级锁/重量级锁

无锁/偏向锁/轻量级锁/重量级锁是指使用 synchronized 同步时锁的状态，它会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但是不可以降级，目的是为了提供获取锁和释放锁的效率。

锁膨胀方向：无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁 (此过程是不可逆的)

偏向锁通过对比 Mark Word 解决加锁问题，避免执行 CAS 操作。

轻量级锁是通过用 CAS 操作和自旋来解决加锁问题，避免线程阻塞和唤醒而影响性能。

重量级锁是将除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞。

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，线程直接进入队列中排队，队列中的第一个线程才能获得锁。

优点：等待锁的线程不会饿死。
缺点：整体吞吐效率相对非公平锁要低，等待队列中除第一个线程以外的所有线程都会阻塞，CPU 唤醒阻塞线程的开销比非公平锁大。

非公平锁是多个线程加锁时直接尝试获取锁，获取不到才会到等待队列的队尾等待。但如果此时锁刚好可用，那么这个线程可以无需阻塞直接获取到锁，所以非公平锁有可能出现后申请锁的线程先获取锁的场景。

优点：可以减少唤起线程的开销，整体的吞吐效率高，因为线程有几率不阻塞直接获得锁，CPU不必唤醒所有线程。
缺点：处于等待队列中的线程可能会饿死，或者等很久才会获得锁。

可重入锁 & 非可重入锁

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，再进入该线程的内层方法会自动获取锁（前提锁对象得是同一个对象或者class），不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。ReentrantLock 和 synchronized 都是可重入锁，可一定程度避免死锁。

以下类中的两个方法都是被 synchronized 修饰的，因为 synchronized 是可重入锁，所以同一个线程在调用 doOthers() 时可以直接获得当前对象的锁，进入操作。如果是不可重入锁，那么当前线程在调用 doOthers() 之前需要将执行 doSomething() 时获取当前对象的锁释放掉，实际上该对象锁已被当前线程所持有，且无法释放，此时会出现死锁。

public class Widget {
    public synchronized void doSomething() {
        System.out.println("方法1执行...");
        doOthers();
    }

    public synchronized void doOthers() {
        System.out.println("方法2执行...");
    }
}

共享锁 & 排他锁

排他锁（X锁）指该锁只能被一个线程所持有。一个线程加上共享锁排他锁后，其他线程不能再加任何类型的锁。获得排它锁的线程即能读数据又能修改数据。synchronized 和 Lock 的实现就是排他锁。

共享锁（S锁）指该锁可被多个线程所持有。一个线程加上共享锁后，其他线程只能再加共享锁，不能加排它锁。获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。

锁

什么是锁

乐观锁 & 悲观锁

自旋锁

无锁/偏向锁/轻量级锁/重量级锁

公平锁 & 非公平锁

可重入锁 & 非可重入锁

共享锁 & 排他锁