面試官問我「Java中的鎖有哪些？以及區別」，我跪了

在讀不少併發文章中，會說起各類各樣鎖如公平鎖，樂觀鎖等等，這篇文章介紹各類鎖的分類。介紹的內容以下：

• 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 上面是不少鎖的名詞，這些分類並非全是指鎖的狀態，有的指鎖的特性，有的指鎖的設計，下面總結的內容是對每一個鎖的名詞進行必定的解釋。

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並非按照申請鎖的順序，有可能後申請的線程比先申請的線程優先獲取鎖。有可能，會形成優先級反轉或者飢餓現象。 對於Java ReentrantLock而言，經過構造函數指定該鎖是不是公平鎖，默認是非公平鎖。非公平鎖的優勢在於吞吐量比公平鎖大。 對於Synchronized而言，也是一種非公平鎖。因爲其並不像ReentrantLock是經過AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的來實現線程調度，因此並無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。 對於Java ReentrantLock而言, 他的名字就能夠看出是一個可重入鎖，其名字是Re entrant Lock從新進入鎖。 對於Synchronized而言,也是一個可重入鎖。可重入鎖的一個好處是可必定程度避免死鎖。

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

上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特色，若是不是可重入鎖的話，setB可能不會被當前線程執行，可能形成死鎖。

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。 對於Java ReentrantLock而言，其是獨享鎖。可是對於Lock的另外一個實現類ReadWriteLock，其讀鎖是共享鎖，其寫鎖是獨享鎖。 讀鎖的共享鎖可保證併發讀是很是高效的，讀寫，寫讀 ，寫寫的過程是互斥的。 獨享鎖與共享鎖也是經過AQS來實現的，經過實現不一樣的方法，來實現獨享或者共享。 對於Synchronized而言，固然是獨享鎖。

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麼類型的鎖，而是指看待併發同步的角度。

• 悲觀鎖認爲對於同一個數據的併發操做，必定是會發生修改的，哪怕沒有修改，也會認爲修改。所以對於同一個數據的併發操做，悲觀鎖採起加鎖的形式。悲觀的認爲，不加鎖的併發操做必定會出問題。
• 樂觀鎖則認爲對於同一個數據的併發操做，是不會發生修改的。在更新數據的時候，會採用嘗試更新，不斷從新的方式更新數據。樂觀的認爲，不加鎖的併發操做是沒有事情的。 從上面的描述咱們能夠看出，悲觀鎖適合寫操做很是多的場景，樂觀鎖適合讀操做很是多的場景，不加鎖會帶來大量的性能提高。 悲觀鎖在Java中的使用，就是利用各類鎖。 樂觀鎖在Java中的使用，是無鎖編程，經常採用的是CAS算法，典型的例子就是原子類，經過CAS自旋實現原子操做的更新。

分段鎖

分段鎖實際上是一種鎖的設計，並非具體的一種鎖，對於ConcurrentHashMap而言，其併發的實現就是經過分段鎖的形式來實現高效的併發操做。

咱們以ConcurrentHashMap來講一下分段鎖的含義以及設計思想，ConcurrentHashMap中的分段鎖稱爲Segment，它即相似於HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實現）的結構，即內部擁有一個Entry數組，數組中的每一個元素又是一個鏈表；同時又是一個ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。

當須要put元素的時候，並非對整個hashmap進行加鎖，而是先經過hashcode來知道他要放在那一個分段中，而後對這個分段進行加鎖，因此當多線程put的時候，只要不是放在一個分段中，就實現了真正的並行的插入。

可是，在統計size的時候，可就是獲取hashmap全局信息的時候，就須要獲取全部的分段鎖才能統計。

分段鎖的設計目的是細化鎖的粒度，當操做不須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做。

偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖

這三種鎖是指鎖的狀態，而且是針對Synchronized。在Java 5經過引入鎖升級的機制來實現高效Synchronized。這三種鎖的狀態是經過對象監視器在對象頭中的字段來代表的。

• 偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問，那麼該線程會自動獲取鎖。下降獲取鎖的代價。
• 輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候，被另外一個線程所訪問，偏向鎖就會升級爲輕量級鎖，其餘線程會經過自旋的形式嘗試獲取鎖，不會阻塞，提升性能。
• 重量級鎖是指當鎖爲輕量級鎖的時候，另外一個線程雖然是自旋，但自旋不會一直持續下去，當自旋必定次數的時候，尚未獲取到鎖，就會進入阻塞，該鎖膨脹爲重量級鎖。重量級鎖會讓其餘申請的線程進入阻塞，性能下降。

自旋鎖

在Java中，自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會當即阻塞，而是採用循環的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減小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，能夠參考自旋鎖的實現