java多執行緒之鎖的分類
轉載：https://blog.csdn.net/nalanmingdian/article/details/77800355
上一篇既然提到了鎖，這一篇來詳細介紹JAVA中的鎖，也為之後JUC下的鎖做一個鋪墊
其實如果按照名稱來說，鎖大概有以下名詞：
自旋鎖 ，自旋鎖的其他種類，阻塞鎖，可重入鎖 ，讀寫鎖 ，互斥鎖 ，悲觀鎖 ，樂觀鎖 ，公平鎖 ，偏向鎖， 物件鎖，執行緒鎖，鎖粗化， 鎖消除，輕量級鎖，重量級鎖， 訊號量，獨享鎖，共享鎖，分段鎖
我們所說的鎖的分類其實應該按照鎖的特性和設計來劃分
概述
其實從併發的角度來講，按照執行緒安全的三種策略看，主要內容都集中在互斥同步裡，我們所討論的鎖也集中在這個部分。這個部分的鎖都是悲觀鎖
http://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/77644441
我們這裡主要討論的就是互斥同步這一部分。
常見的鎖
Synchronized和Lock
其實我們真正用到的鎖也就那麼兩三種，只不過依據設計方案和性質對其進行了大量的劃分。
以下一個鎖是原生語義上的實現
- Synchronized，它就是一個：非公平，悲觀，獨享，互斥，可重入的重量級鎖
以下兩個鎖都在JUC包下，是API層面上的實現
- ReentrantLock，它是一個：預設非公平但可實現公平的，悲觀，獨享，互斥，可重入，重量級鎖。
- ReentrantReadWriteLocK，它是一個，預設非公平但可實現公平的，悲觀，寫獨享，讀共享，讀寫，可重入，重量級鎖。
ReentrantLock與synchronized 的區別
ReentrantLock的高階操作
中斷等待
ReentrantLock 擁有Synchronized相同的併發性和記憶體語義，此外還多了 鎖投票，定時鎖等候和中斷鎖等候。
執行緒A和B都要獲取物件O的鎖定，假設A獲取了物件O鎖，B將等待A釋放對O的鎖定
- 如果使用 synchronized ，如果A不釋放，B將一直等下去，不能被中斷
- 如果 使用ReentrantLock，如果A不釋放，可以使B在等待了足夠長的時間以後，中斷等待，而幹別的事情
ReentrantLock獲取鎖定有三種方式：
-
lock(), 如果獲取了鎖立即返回，如果別的執行緒持有鎖，當前執行緒則一直處於休眠狀態，直到獲取鎖
-
tryLock(), 如果獲取了鎖立即返回true，如果別的執行緒正持有鎖，立即返回false
-
tryLock(long timeout,TimeUnit unit)， 如果獲取了鎖定立即返回true，如果別的執行緒正持有鎖，會等待引數給定的時間，在等待的過程中，如果獲取了鎖定，就返回true，如果等待超時，返回false；
-
lockInterruptibly:如果獲取了鎖定立即返回，如果沒有獲取鎖定，當前執行緒處於休眠狀態，直到獲取鎖定，或者當前執行緒被別的執行緒中斷
可實現公平鎖
對於Java ReentrantLock而言，通過建構函式指定該鎖是否是公平鎖，預設是非公平鎖。非公平鎖的優點在於吞吐量比公平鎖大。
鎖繫結多個條件
鎖繫結多個條件是指一個ReentrantLock物件可以同時繫結多個Condition物件，而在synchronized中，鎖物件的wait（）和notify（）或notifyAll（）方法可以實現一個隱含的條件，如果要和多於一個的條件關聯的時候，就不得不額外地新增一個鎖，而ReentrantLock則無須這樣做，只需要多次呼叫newCondition（）方法即可。
synchronized的優勢
synchronized是在JVM層面上實現的，不但可以通過一些監控工具監控synchronized的鎖定，而且在程式碼執行時出現異常，JVM會自動釋放鎖定，但是使用Lock則不行，lock是通過程式碼實現的，要保證鎖定一定會被釋放，就必須將unLock()放到finally{}中
應用場景
在資源競爭不是很激烈的情況下，Synchronized的效能要優於ReetrantLock，但是在資源競爭很激烈的情況下，Synchronized的效能會下降幾十倍，但是ReetrantLock的效能能維持常態；
按照其性質分類
公平鎖/非公平鎖
公平鎖是指多個執行緒按照申請鎖的順序來獲取鎖。非公平鎖是指多個執行緒獲取鎖的順序並不是按照申請鎖的順序，有可能後申請的執行緒比先申請的執行緒優先獲取鎖。有可能，會造成優先順序反轉或者飢餓現象。對於Java ReentrantLock而言，通過建構函式指定該鎖是否是公平鎖，預設是非公平鎖。非公平鎖的優點在於吞吐量比公平鎖大。對於Synchronized而言，也是一種非公平鎖。由於其並不像ReentrantLock是通過AQS的來實現執行緒排程，所以並沒有任何辦法使其變成公平鎖。
樂觀鎖/悲觀鎖
樂觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什麼型別的鎖，而是指看待併發同步的角度。悲觀鎖認為對於同一個資料的併發操作，一定是會發生修改的，哪怕沒有修改，也會認為修改。因此對於同一個資料的併發操作，悲觀鎖採取加鎖的形式。悲觀的認為，不加鎖的併發操作一定會出問題。樂觀鎖則認為對於同一個資料的併發操作，是不會發生修改的。在更新資料的時候，會採用嘗試更新，不斷重新的方式更新資料。樂觀的認為，不加鎖的併發操作是沒有事情的。從上面的描述我們可以看出，悲觀鎖適合寫操作非常多的場景，樂觀鎖適合讀操作非常多的場景，不加鎖會帶來大量的效能提升。悲觀鎖在Java中的使用，就是利用各種鎖。樂觀鎖在Java中的使用，是無鎖程式設計，常常採用的是CAS演算法，典型的例子就是原子類，通過CAS自旋實現原子操作的更新。
獨享鎖/共享鎖
獨享鎖是指該鎖一次只能被一個執行緒所持有。共享鎖是指該鎖可被多個執行緒所持有。對於Java ReentrantLock而言，其是獨享鎖。但是對於Lock的另一個實現類ReentrantReadWriteLock，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非常高效的，讀寫，寫讀 ，寫寫的過程是互斥的。獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現的，通過實現不同的方法，來實現獨享或者共享。對於Synchronized而言，當然是獨享鎖。
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ReentrantReadWriteLock
可重入鎖
可重入鎖又名遞迴鎖，是指在同一個執行緒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，下面會有一個程式碼的示例。對於Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖，其名字是Reentrant Lock重新進入鎖。對於Synchronized而言,也是一個可重入鎖。可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖。
public sychrnozied void test() {
xxxxxx;
test2();
}
public sychronized void test2() {
yyyyy;
}在上面程式碼段中，執行 test 方法需要獲得當前物件作為監視器的物件鎖，但方法中又呼叫了 test2 的同步方法。
- 如果鎖是具有可重入性的話，那麼該執行緒在呼叫 test2 時並不需要再次獲得當前物件的鎖，可以直接進入 test2 方法進行操作。
- 如果鎖是不具有可重入性的話，那麼該執行緒在呼叫 test2 前會等待當前物件鎖的釋放，實際上該物件鎖已被當前執行緒所持有，不可能再次獲得。
如果鎖是不具有可重入性特點的話，那麼執行緒在呼叫同步方法、含有鎖的方法時就會產生死鎖。
按照設計方案來分類
鎖優化裡涉及到的，都在上一篇部落格裡提到了，大概有以下這麼幾種
自旋鎖/自適應自旋鎖
在Java中，自旋鎖是指嘗試獲取鎖的執行緒不會立即阻塞，而是採用迴圈的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減少執行緒上下文切換的消耗，缺點是迴圈會消耗CPU。更多具體的細節見上一篇部落格裡對自旋鎖的描述
http://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/77644441#t27
鎖粗化/鎖消除
鎖消除是指虛擬機器即時編譯器在執行時，對一些程式碼上要求同步，但是被檢測到不可能存在共享資料競爭的鎖進行消除。鎖消除的主要判定依據來源於逃逸分析的資料支援，如果判斷在一段程式碼中，堆上的所有資料都不會逃逸出去從而被其他執行緒訪問到，那就可以把它們當做棧上資料對待，認為它們是執行緒私有的，同步加鎖自然就無須進行。
如果一系列的連續操作都對同一個物件反覆加鎖和解鎖，甚至加鎖操作是出現在迴圈體中的，那即使沒有執行緒競爭，頻繁地進行互斥同步操作也會導致不必要的效能損耗。如果虛擬機器探測到有這樣一串零碎的操作都對同一個物件加鎖，將會把加鎖同步的範圍擴充套件（粗化）到整個操作序列的外部
鎖粗化和消除其實設計原理都差不多，都是為了減少沒必要的加鎖更多詳情見以下連結的上一篇博文介紹
http://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/77644441#t27
偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖
這三種鎖是指鎖的狀態，並且是針對Synchronized。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現高效Synchronized。這三種鎖的狀態是通過物件監視器在物件頭中的欄位來表明的。
偏向鎖是指一段同步程式碼一直被一個執行緒所訪問，那麼該執行緒會自動獲取鎖。降低獲取鎖的代價。
輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候，被另一個執行緒所訪問，偏向鎖就會升級為輕量級鎖，其他執行緒會通過自旋的形式嘗試獲取鎖，不會阻塞，提高效能。
重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候，另一個執行緒雖然是自旋，但自旋不會一直持續下去，當自旋一定次數的時候，還沒有獲取到鎖，就會進入阻塞，該鎖膨脹為重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的執行緒進入阻塞，效能降低。
http://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/77644441#t27
分段鎖
分段鎖其實是一種鎖的設計，並不是具體的一種鎖，對於ConcurrentHashMap而言，其併發的實現就是通過分段鎖的形式來實現高效的併發操作。我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想，ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment，它即類似於HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實現）的結構，即內部擁有一個Entry陣列，陣列中的每個元素又是一個連結串列；同時又是一個ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。
當需要put元素的時候，並不是對整個hashmap進行加鎖，而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中，然後對這個分段進行加鎖，所以當多執行緒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。
但是，在統計size的時候，可就是獲取hashmap全域性資訊的時候，就需要獲取所有的分段鎖才能統計。分段鎖的設計目的是細化鎖的粒度，當操作不需要更新整個陣列的時候，就僅僅針對陣列中的一項進行加鎖操作。