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：html
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。並着重介紹一下偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖java
1、java中的鎖分類算法
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的來實現線程調度，因此並無任何辦法使其變成公平鎖。編程
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。使用synchronized時，當一個線程獲得一個對象鎖後，再次請求此對象鎖時，是能夠再次獲得該對象的鎖的。數組
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。安全
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。多線程
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。併發
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。函數
互斥鎖指一次最多隻能有一個線程持有的鎖。
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性能
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，不斷重複的方式更新數據。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
2、偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖的對比
在Java SE 1.6中，鎖一共有4種狀態，級別從低到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態。這幾個狀態會隨着競爭狀況逐漸升級。鎖能夠升級但不能降級，意味着偏向鎖升級爲輕量級鎖後不能降級成偏向鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是爲了提升得到鎖和釋放鎖的效率。
1. 偏向鎖
HotSpot 的做者通過以往的研究發現大多數狀況下鎖不只不存在多線程競爭，並且老是由同一線程屢次得到，爲了讓線程得到鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個線程訪問同步塊並獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄裏存儲鎖偏向的線程 ID，之後該線程在進入和退出同步塊時不須要進行CAS操做來加鎖和解鎖，而只需簡單的測試一下對象頭的Mark Word裏是否存儲着指向當前線程的偏向鎖，若是測試成功，表示線程已經得到了鎖，
若是測試失敗，則須要再測試下 Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成 1（表示當前是偏向鎖），若是沒有設置，則使用 CAS 競爭鎖，若是設置了，則嘗試使用 CAS 將對象頭的偏向鎖指向當前線程。
(1) 偏向鎖的撤銷
偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，因此當其餘線程嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。
偏向鎖的撤銷，須要等待全局安全點（在這個時間點上沒有字節碼正在執行），它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，而後檢查持有偏向鎖的線程是否活着，若是線程不處於活動狀態，則將對象頭設置成無鎖狀態，若是線程仍然活着，擁有偏向鎖的棧會被執行，遍歷偏向對象的鎖記錄，棧中的鎖記錄和對象頭的Mark Word要麼從新偏向於其餘線程，要麼恢復到無鎖或者標記對象不適合做爲偏向鎖，最後喚醒暫停的線程。
2. 輕量級鎖
(1) 輕量級鎖加鎖
線程在執行同步塊以前，JVM會先在當前線程的棧楨中建立用於存儲鎖記錄的空間，並將對象頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。而後線程嘗試使用 CAS 將對象頭中的Mark Word替換爲指向鎖記錄的指針。若是成功，當前線程得到鎖，若是失敗，表示其餘線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。
若是有兩條以上的線程爭用同一個鎖，那輕量級鎖就再也不有效，要膨脹爲重量級鎖，鎖標誌的狀態值變爲」10」，Mark Word中存儲的就是指向重量級（互斥量）的指針。
(2) 輕量級鎖解鎖
輕量級解鎖時，會使用原子的 CAS 操做來將Displaced Mark Word替換回到對象頭，若是成功，則表示沒有競爭發生。若是失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。
偏向所鎖，輕量級鎖都是樂觀鎖，重量級鎖是悲觀鎖。
一個對象剛開始實例化的時候，沒有任何線程來訪問它的時候。它是可偏向的，意味着，它如今認爲只可能有一個線程來訪問它，因此當第一個線程來訪問它的時候，它會偏向這個線程，此時，對象持有偏向鎖。偏向第一個線程，這個線程在修改對象頭成爲偏向鎖的時候使用CAS操做，並將對象頭中的ThreadID改爲本身的ID，以後再次訪問這個對象時，只須要對比ID，不須要再使用CAS在進行操做。
一旦有第二個線程訪問這個對象，由於偏向鎖不會主動釋放，因此第二個線程能夠看到對象時偏向狀態，這時代表在這個對象上已經存在競爭了，檢查原來持有該對象鎖的線程是否依然存活，若是掛了，則能夠將對象變爲無鎖狀態，而後從新偏向新的線程，若是原來的線程依然存活，則立刻執行那個線程的操做棧，檢查該對象的使用狀況，若是仍然須要持有偏向鎖，則偏向鎖升級爲輕量級鎖，（偏向鎖就是這個時候升級爲輕量級鎖的）。若是不存在使用了，則能夠將對象回覆成無鎖狀態，而後從新偏向。
輕量級鎖認爲競爭存在，可是競爭的程度很輕，通常兩個線程對於同一個鎖的操做都會錯開，或者說稍微等待一下（自旋），另外一個線程就會釋放鎖。 可是當自旋超過必定的次數，或者一個線程在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖膨脹爲重量級鎖，重量級鎖使除了擁有鎖的線程之外的線程都阻塞，防止CPU空轉。
偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖的優缺點對比
| 鎖 | 優勢 | 缺點 | 適用場景 |
| 偏向鎖 | 加鎖和解鎖不須要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距 | 若是線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗 | 適用於只有一個線程訪問同步塊場景 |
| 輕量級鎖 | 競爭的線程不會阻塞，提升了程序的響應速度 | 若是始終得不到鎖競爭的線程，使用自旋會消耗CPU | 追求響應時間 同步塊執行速度很是快 |
| 重量級鎖 | 線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU | 線程阻塞，響應時間緩慢 | 追求吞吐量 同步塊執行速度較長 |
參考：
《java併發編程的藝術》