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锁的分类

2021年4月29日09:44:58
老是混淆锁的概念，今天整理下。
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【1】公平锁和非公平锁：

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公平锁：是指按照申请锁的顺序来获取锁，也就是说需要排队，。
非公平锁：线程获取锁的顺序不一定按照申请锁的顺序来的，比如说BC线程在排队，线程A刚释放锁，这一时刻有可能线程D刚有获取锁需求，并且获取锁。
公平锁自然是遵循FIFO（先进先出）原则的，先到的线程会优先获取资源，后到的会进行排队等待，而非公平锁是不遵循这个原则的，随机的。
源码解析

public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}

public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

可以看到ReentrantLock默认使用的是非公平锁。
公平锁和非公平锁分别使用了FairSync与NonfairSync实现
非公平锁

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
	final Thread current = Thread.currentThread();
	int c = getState();
	if (c == 0) {
		if (compareAndSetState(0, acquires)) {
			setExclusiveOwnerThread(current);
			return true;
		}
	}
	else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
		int nextc = c + acquires;
		if (nextc < 0) // overflow
			throw new Error("Maximum lock count exceeded");
		setState(nextc);
		return true;
	}
	return false;
}

可以看到非公平锁里，判断当前锁占用状态==0直接会进行compareAndSetState尝试获取锁。若此时有线程排队，可能争夺不过资源。所以这是非公平的。
在非公平锁里，因为可以直接compareAndSetState来获取锁，不需要加入队列，然后等待队列头线程唤醒再获取锁这一步骤，所以效率较快。
公平锁

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
	final Thread current = Thread.currentThread();
	int c = getState();
	if (c == 0) {
		if (!hasQueuedPredecessors() &&
			compareAndSetState(0, acquires)) {
			setExclusiveOwnerThread(current);
			return true;
		}
	}
	else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
		int nextc = c + acquires;
		if (nextc < 0)
			throw new Error("Maximum lock count exceeded");
		setState(nextc);
		return true;
	}
	return false;
}

在公平锁里，判断当前锁占用状态==0后，会继续判断hasQueuedPredecessors，即当前队列是否有排队的情况，如果没有才会尝试获取锁
这样可以保证遵循FIFO的原则，每一个先来的线程都可以最先获取到锁，但是增加了上下文切换与等待线程的状态变换时间。所以效率相较于非公平锁较慢。
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【2】共享锁和独享锁

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独享锁：一次只能被一个线程所访问，参考synchronized以及JUC包下的ReentrantLock，即公平锁与非公平锁是独享锁。
共享锁：线程可以被多个线程所持有。典型的就是ReentrantReadWriteLock里的读锁，它的读锁是可以被共享的，但是它的写锁每次只能被读占，读锁的共享可保证并发读是非常高效的，但是读写和写写，写读都是互斥的，参考JUC包下的ReentrantReadWriteLock。
独享锁与共享锁都是AQS来实现的。

【3】乐观锁和悲观锁：

乐观锁：总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间（读取变量值到更新变量值）别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。
乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。
悲观锁适用多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

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乐观锁常见的两种实现方式

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乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现。

1. 版本号机制
一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

举一个简单的例子：

假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（ balance ）为 $100 。当需要对账户信息表进行更新的时候，需要首先读取version字段。

操作员 A 此时将其读出（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $50（ $100-$50 ）。
在操作员 A 操作的过程中，操作员B 也读入此用户信息（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $20 （ $100-$20 ）。
操作员 A 完成了修改工作，提交更新之前会先看数据库的版本和自己读取到的版本是否一致，一致的话，就会将数据版本号加1（ version=2 ），连同帐户扣除后余额（ balance=$50 ），提交至数据库更新，此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录 version 更新为 2 。
操作员 B 完成了操作，提交更新之前会先看数据库的版本和自己读取到的版本是否一致，但此时比对数据库记录版本时发现，操作员 B 提交的数据版本号为 2 ，而自己读取到的版本号为1 ，不满足 “ 当前最后更新的version与操作员第一次读取的版本号相等 “ 的乐观锁策略，因此，操作员 B 的提交被驳回。
这样，就避免了操作员 B 用基于 version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员A 的操作结果的可能。

2. CAS算法
即compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。CAS算法涉及到三个操作数
需要读写的内存值 V
进行比较的值 A
拟写入的新值 B
当且仅当 V 的值等于 A时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值，否则不会执行任何操作（比较和替换是一个原子操作）。一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。

【4】可重入锁与不可重入锁

后面整理

【5】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。

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来源： https://blog.csdn.net/qq_40544419/article/details/116262440

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