9、Java中的各种锁
0.Java中的两种锁
- synchronized，关键字，在jvm中实现
- Lock，一个接口
0.1 synchronized
synchronized是Java中的一个关键字
它是一个悲观锁，它涉及了一些锁升级的概念。
- 在最开始时，synchronized是偏向锁，即它更加偏向于第一个获取到这个锁的线程。如果说下一次执行到同步语句，发现还是这个线程，那么synchronized就不需要重新加锁了，这样只有一个线程的话，就不需要频繁加锁，性能开销基本没有。
- 如果某时刻又来了一个线程，那么此时的偏向锁就会升级为轻量锁。轻量级锁是一个自旋锁，如果现在有两个线程A和B，那么A在执行的时候，B此时会自旋等待，即不会暂停执行。这个自旋等待次数是有上限的，一旦到达了某个上限，就会升级为重量级锁，此时没有争夺到锁的线程就会暂停执行，让出CPU，直到通知它再次执行。
0.2 ReentrantLock
ReentrantLock是可重入锁，默认是非公平锁。
这里主要说一下它是如何可重入的。
ReentrantLock里面有个内部类Sync和它的两个子类FairSync和NonFairSync，对应着公平锁和非公平锁的实现。
如何实现可重入的，我们看Sync#tryLock()：
final boolean tryLock() {
Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
//如果state值为0，表示这个锁没有被任何线程占用，通过CAS将state改为1
//（因为可能有多个线程同时争夺）
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, 1)) {
//如果争夺成功，那么把这个锁的拥有者设置为当前线程
//这样可以保证下次重入
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
//如果发现state不为1，且拥有者是本线程，表示重入
else if (getExclusiveOwnerThread() == current) {
if (++c < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(c);
return true;
}
return false;
}
可以看到重入的关键就是AQS中维护了state变量和所有者线程值。每重入一层，state就会加1
0.3 synchronized和ReentrantLock区别
- s可以修饰代码块、方法，R只可修饰方法
- s是JVM层面实现的，R是实现了Lock接口，在Java层面实现的
- s是非公平锁，R是默认非公平锁，可选公平锁
- s是通过JVM中监视器来实现加锁解锁，R是通过AQS
1.乐观锁和悲观锁
对于乐观锁来说，它会认为每次读取都不会有其他线程去修改，就直接读就可以了。对于写的时候，它会比较当前值是否是期待值，如果是，则表明可能没有其他线程修改，就进行修改，否则则循环等待下次修改。
对于悲观锁来说，它认为每次读取都会有人修改，所以就在读取之前都加锁。这样在竞争激烈的情况下可能导致性能下降。
乐观锁更加适合读多写少的情况，而悲观锁更适合写多的情况
1.1 乐观锁有什么问题？
乐观锁一般使用CAS来实现。
使用CAS时，可能会有三个问题：
- 可能会导致ABA问题，即其他线程把数据从A修改到B，又从B修改到A，这时我们的线程是发现不了数据变化的
- 在写多的场景下，CAS会频繁失败然后循环等待，这时也是比较耗时的。
- CAS只能保证单个共享变量的原子性，没办法保证多个共享变量的原子性
1.2 Java中哪些实现是悲观锁，哪些是乐观锁
Java中，无论是synchronized还是Lock接口，都是悲观锁。
Java中乐观锁可以使用Unsafe的CAS，还有一些原子类都是乐观锁
2.自旋锁
自旋锁就是一个线程在CPU执行时，发现同步资源是上锁的，此时不必让出CPU，而是在CPU中自旋等待，等待到同步资源解锁直接开始执行就可以了。
因为自旋锁不会让出CPU，等待线程会在CPU中无用的自旋操作，所以会有一定的上限，如果自旋次数超过某个数量，就不再自旋了。
此外，后面还引入了自适应自旋锁，即自旋次数不再固定，而是根据历史的自旋次数等因素来动态决定。
3.公平锁和非公平锁
- 公平锁：按照线程队列的顺序来获取锁，只有队头的线程才可以获得锁
- 非公平锁：队列中的线程都可以竞争锁，会出现后来的线程却先得到锁的情况，也可以不进队列直接执行。非公平锁可以提高性能，因为有时候线程不必经历暂停-恢复的过程，但是可能出现线程饿死的情况。
公平锁就是线程直接进入阻塞队列，直到成为队列的第一个，才可以获得锁。非公平锁就是多个线程加锁时直接尝试上锁，上锁成功直接执行，失败进入阻塞队列。
ReentrantLock默认的实现就是非公平锁。它其中有一个Sync类，继承了AQS，它有两个子类FairSync和NonfairSync，对应着公平锁和非公平锁。
4.可重入锁，非可重入锁
可重入锁又叫递归锁，就是如果一个线程在外部方法已经获取了锁，那么在进入内部方法时，会自动获得锁，而不会被阻塞。
可重入锁可以防止死锁。
synchronized和ReentrantLock都是可重入锁。
5.共享锁和排他锁
共享锁就是多个线程可同时持有一把锁，排他锁就是同时只可有一个线程获得一把锁。
某个同步资源加了共享锁，那么其他线程也只能加共享锁，不能加排他锁，而且共享锁只能读数据，不能写数据。