最全Java鎖詳解：獨享鎖/共享鎖+公平鎖/非公平鎖+樂觀鎖/悲觀鎖
在Java并發場景中，會涉及到各種各樣的鎖如公平鎖，樂觀鎖，悲觀鎖等等，這篇文章介紹各種鎖的分類：
公平鎖/非公平鎖
可重入鎖
獨享鎖/共享鎖
樂觀鎖/悲觀鎖
分段鎖
自旋鎖
樂觀鎖 VS 悲觀鎖
樂觀鎖與悲觀鎖是一種廣義上的概念，體現了看待線程同步的不同角度，在Java和數據庫中都有此概念對應的實際應用。
1.樂觀鎖
顧名思義，就是很樂觀，每次去拿數據的時候都認為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，可以使用版本號等機制。
樂觀鎖適用于多讀的應用類型，樂觀鎖在Java中是通過使用無鎖編程來實現，最常采用的是CAS算法，Java原子類中的遞增操作就通過CAS自旋實現的。
CAS全稱 Compare And Swap（比較與交換），是一種無鎖算法。在不使用鎖（沒有線程被阻塞）的情況下實現多線程之間的變量同步。java.util.concurrent包中的原子類就是通過CAS來實現了樂觀鎖。
簡單來說，CAS算法有3個三個操作數：
- 需要讀寫的內存值 V。
- 進行比較的值 A。
- 要寫入的新值 B。
當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則返回V。這是一種樂觀鎖的思路，它相信在它修改之前，沒有其它線程去修改它；而Synchronized是一種悲觀鎖，它認為在它修改之前，一定會有其它線程去修改它，悲觀鎖效率很低。
2.悲觀鎖
總是假設最壞的情況，每次去拿數據的時候都認為別人會修改，所以每次在拿數據的時候都會上鎖，這樣別人想拿這個數據就會阻塞直到它拿到鎖。
傳統的MySQL關系型數據庫里邊就用到了很多這種鎖機制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖。詳情可以參考：阿里P8架構師談：MySQL行鎖、表鎖、悲觀鎖、樂觀鎖的特點與應用
再比如上面提到的Java的同步synchronized關鍵字的實現就是典型的悲觀鎖。
3.總之：
- 悲觀鎖適合寫操作多的場景，先加鎖可以保證寫操作時數據正確。
- 樂觀鎖適合讀操作多的場景，不加鎖的特點能夠使其讀操作的性能大幅提升。
公平鎖 VS 非公平鎖
1.公平鎖
就是很公平，在并發環境中，每個線程在獲取鎖時會先查看此鎖維護的等待隊列，如果為空，或者當前線程是等待隊列的第一個，就占有鎖，否則就會加入到等待隊列中，以后會按照FIFO的規則從隊列中取到自己。
公平鎖的優點是等待鎖的線程不會餓死。缺點是整體吞吐效率相對非公平鎖要低，等待隊列中除第一個線程以外的所有線程都會阻塞，CPU喚醒阻塞線程的開銷比非公平鎖大。
2.非公平鎖
上來就直接嘗試占有鎖，如果嘗試失敗，就再采用類似公平鎖那種方式。
非公平鎖的優點是可以減少喚起線程的開銷，整體的吞吐效率高，因為線程有幾率不阻塞直接獲得鎖，CPU不必喚醒所有線程。缺點是處于等待隊列中的線程可能會餓死，或者等很久才會獲得鎖。
3.典型應用:
java jdk并發包中的ReentrantLock可以指定構造函數的boolean類型來創建公平鎖和非公平鎖（默認）,比如：公平鎖可以使用new ReentrantLock(true)實現。
獨享鎖 VS 共享鎖
1.獨享鎖
是指該鎖一次只能被一個線程所持有。
2.共享鎖
是指該鎖可被多個線程所持有。
3.比較
對于Java ReentrantLock而言，其是獨享鎖。但是對于Lock的另一個實現類ReadWriteLock，其讀鎖是共享鎖，其寫鎖是獨享鎖。
讀鎖的共享鎖可保證并發讀是非常高效的，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。
4.AQS
抽象隊列同步器（AbstractQueuedSynchronizer，簡稱AQS）是用來構建鎖或者其他同步組件的基礎框架，它使用一個整型的volatile變量（命名為state）來維護同步狀態，通過內置的FIFO隊列來完成資源獲取線程的排隊工作。
concurrent包的實現結構如上圖所示，AQS、非阻塞數據結構和原子變量類等基礎類都是基于volatile變量的讀/寫和CAS實現，而像Lock、同步器、阻塞隊列、Executor和并發容器等高層類又是基于基礎類實現。
分段鎖
分段鎖其實是一種鎖的設計，并不是具體的一種鎖，對于ConcurrentHashMap而言，其并發的實現就是通過分段鎖的形式來實現高效的并發操作。
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，它即類似于HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實現）的結構，即內部擁有一個Entry數組，數組中的每個元素又是一個鏈表；同時又是一個ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。
當需要put元素的時候，并不是對整個hashmap進行加鎖，而是先通過hashcode來知道他要放在那一個分段中，然后對這個分段進行加鎖，所以當多線程put的時候，只要不是放在一個分段中，就實現了真正的并行的插入。
但是，在統計size的時候，可就是獲取hashmap全局信息的時候，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數組的時候，就僅僅針對數組中的一項進行加鎖操作。
Java線程鎖
詳細可以參考：高并發編程系列：4種常用Java線程鎖的特點，性能比較、使用場景
本文標題：最全Java鎖詳解：獨享鎖/共享鎖+公平鎖/非公平鎖+樂觀鎖/悲觀鎖
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