分门别类总结Java中的各种锁，让你彻底记住

概念

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。

非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。

对于 Java ReentrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过 AQS 的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

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，在进入内层方法会自动获取锁。

说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。对于 Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock重新进入锁。对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

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

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

上面的代码就是一个可重入锁的一个特点，如果不是可重入锁的话，setB 可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。

独享锁/共享锁

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。

共享锁是指该锁可被多个线程所持有。

对于 Java ReentrantLock而言，其是独享锁。但是对于 Lock 的另一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。独享锁与共享锁也是通过 AQS 来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。对于Synchronized而言，当然是独享锁。

互斥锁/读写锁

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。互斥锁在 Java 中的具体实现就是ReentrantLock 读写锁在 Java 中的具体实现就是ReadWriteLock

乐观锁/悲观锁

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。悲观锁在 Java 中的使用，就是利用各种锁。乐观锁在 Java 中的使用，是无锁编程，常常采用的是 CAS 算法，典型的例子就是原子类，通过 CAS 自旋实现原子操作的更新。

分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为 Segment，它即类似于 HashMap（JDK7 与 JDK8 中 HashMap 的实现）的结构，即内部拥有一个 Entry 数组，数组中的每个元素既是一个链表；同时又是一个 ReentrantLock（Segment 继承了 ReentrantLock)。当需要 put 元素的时候，并不是对整个 hashmap 进行加锁，而是先通过 hashcode 来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程 put 的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。但是，在统计 size 的时候，可就是获取 hashmap 全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在 Java 5 通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。

这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。

偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。

重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

自旋锁

在 Java 中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗 CPU。

为什么用 Lock、ReadWriteLock

• synchronized 的缺陷

  • 被 synchronized 修饰的方法或代码块，只能被一个线程访问。如果这个线程被阻塞，其他线程也只能等待。
  • synchronized 不能响应中断。
  • synchronized 没有超时机制。
  • synchronized 只能是非公平锁。

• Lock、ReadWriteLock 相较于 synchronized，解决了以上的缺陷：

  • Lock 可以手动释放锁（synchronized 获取锁和释放锁都是自动的），以避免死锁。
  • Lock 可以响应中断
  • Lock 可以设置超时时间，避免一致等待
  • Lock 可以选择公平锁或非公平锁两种模式
  • ReadWriteLock 将读写锁分离，从而使读写操作分开，有效提高并发性。

Lock 和 ReentrantLock

要点

如果采用 Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用 Lock 必须在 try catch 块中进行，并且将释放锁的操作放在 finally 块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。

lock() 方法的作用是获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

tryLock() 方法的作用是尝试获取锁，如果成功，则返回 true；如果失败（即锁已被其他线程获取），则返回 false。也就是说，这个方法无论如何都会立即返回，获取不到锁时不会一直等待。

tryLock(long time, TimeUnit unit) 方法和 tryLock() 方法是类似的，区别仅在于这个方法在获取不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还获取不到锁，就返回 false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回 true。

lockInterruptibly() 方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过 lock.lockInterruptibly() 想获取某个锁时，假若此时线程 A 获取到了锁，而线程 B 只有在等待，那么对线程 B 调用 threadB.interrupt() 方法能够中断线程 B 的等待过程。由于 lockInterruptibly() 的声明中抛出了异常，所以 lock.lockInterruptibly() 必须放在 try 块中或者在调用 lockInterruptibly() 的方法外声明抛出 InterruptedException。

注意：当一个线程获取了锁之后，是不会被 interrupt() 方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用 interrupt() 方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。因此当通过 lockInterruptibly() 方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。

unlock() 方法的作用是释放锁。

ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类。

ReentrantLock 字面意为可重入锁。

源码

Lock 接口定义

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

ReentrantLock 属性和方法

ReentrantLock 的核心方法当然是 Lock 中的方法（具体实现完全基于 Sync 类中提供的方法）。

此外，ReentrantLock 有两个构造方法，功能参考下面源码片段中的注释。

// 同步机制完全依赖于此
private final Sync sync;
// 默认初始化 sync 的实例为非公平锁（NonfairSync）
public ReentrantLock() {}
// 根据 boolean 值选择初始化 sync 的实例为公平的锁（FairSync）或不公平锁（NonfairSync）
public ReentrantLock(boolean fair) {}

Sync

• Sync 类是 ReentrantLock 的内部类，也是一个抽象类。
• ReentrantLock 的同步机制几乎完全依赖于Sync。使用 AQS 状态来表示锁的保留数（详细介绍参见 AQS）。
• Sync 是一个抽象类，有两个子类：
  • FairSync - 公平锁版本。
  • NonfairSync - 非公平锁版本。

示例

public class ReentrantLockDemo {

    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        final ReentrantLockDemo demo = new ReentrantLockDemo();
        new Thread(() -> demo.insert(Thread.currentThread())).start();
        new Thread(() -> demo.insert(Thread.currentThread())).start();
    }

    private void insert(Thread thread) {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}