Java中的锁——锁的分类

Java中有各种各样的锁，例如公平锁、乐观锁等等，这篇文章主要介绍一下各种锁的分类。

按照其性质分类

• 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线程饥饿。

　　　　公平和非公平锁的队列都基于锁内部维护的一个双向链表，表结点Node的值就是每一个请求当前锁的线程。公平锁则在于每次都是依次从队首取值。

　　　　ReentrantLock中可以在构造函数中指定其是公平锁还是非公平锁，非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

　　　　Synchronized是一种公平锁，且无法变成公平锁。

• 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。

• 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ReentrantReadWriteLock，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ReentrantReadWriteLock

• 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。

　　　　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。

按照设计方案来分类

• 自旋锁/自适应自旋锁

　　　　自旋锁是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。

　　　　获取锁的线程一直处于活跃状态，但是并没有执行任何有效的任务，使用这种锁会造成busy-waiting。

　　　　自旋锁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。

• 锁粗化/锁消除　　　

　　　　锁消除是指虚拟机即时编译器在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持，如果判断在一段代码中，堆上的所有数据都不会逃逸出去从而被其他

　　　　线程访问到，那就可以把它们当做栈上数据对待，认为它们是线程私有的，同步加锁自然就无须进行。

　　　　锁粗化是指如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁，甚至加锁操作是 出现在循环体中的，那即使没有线程竞争，频繁地进行互斥同步操作也会导致不必要的性能损耗。如果虚拟机探测到有这样一串零碎的操作都对同一个对象加

　　　　锁，将会把加锁同步的范围扩展（粗化）到整个操作序列 的外部。

　　　　锁粗化和消除其实设计原理都差不多，都是为了减少没必要的加锁。

• 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。

• 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，数组中的每个元素又是一个链表；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。