【Java线程安全】锁

Java都有哪些锁？

　　synchronized 和 reentranlock是最常见的，其中前者又JVM提供实现，后者有专门对应的java.util.concurrent包提供；同时后者功能更加丰富、灵活

悲观锁和乐观锁

　　悲观锁认为，每一次走进同步代码都可能发生线程安全问题，因此只要触及代码块都会加锁，而乐观锁则认为大部分情况都不会出现线程安全问题，所以只要出现问题的时候再自旋CAS

可重入锁和不可重入锁

　　不可重入锁，就是某线程获取该锁但未释放的时候，如果再次获取该锁，则只能等待；而可重入锁不需要等待，只需要为锁数量加1；其中注意，synchronized和reentrantlock都是可重入锁

Synchronized

　　对象头信息：存储对象年龄，Class实例地址等

　　监视器信息：EntrySet和WaitSet，前者是Block状态的线程队列，后者是Wait状态的线程队列

　　JVM实现的锁，实现原理是利用操作系统的内核态的Mutex互斥量实现的，因为涉及内核态的调用所以一般认为是重量级锁，但后面已经被官方优化过，所以很难说synchronized就效率很低，优化的主要思想还是乐观锁，优化方案有：适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、轻量级锁、偏向锁

　　【自旋锁】自旋锁(Spin Lock)，在一个线程进入synchronized代码块，获取锁的时候不直接进入ContetionList（之前已经有线程）等候，而是先自旋等待一下，期待Owner线程马上释放锁；这样虽然对ContetionList里面的线程不太公平但是总体效率能提高；因为线程进入ContetionList阻塞，需要进入内核调度状态，非常耗时；

　　【轻量级锁】如果大部分情况都是一个线程在使用资源，那么轻量级锁就很有用，轻量级锁就是为了在无多线程竞争的环境中使用CAS来代替mutex，一旦发生竞争，两条以上线程争用一个锁就会膨胀，在CAS成功的线程获取锁，而失败的线程则自旋状态，如果自旋成功那么还是偏向锁状态，否则升级为重量级锁。

　　【偏向锁】（Biased Lock)，偏向锁是在第一个获取后，后面的所有重入都不做同步操作，比轻量级锁还轻，因为它取消了同步原语的操作，也就是轻量级锁的CAS操作也不做了，如果发生竞争的时候，会又其他线程来阻塞偏向线程，然后升级为轻量级锁。

　　【锁粗化】分析代码，然后合并所有锁的获取和进入微一个锁的获取和进入

　　【锁消除】根据逃逸技术分析代码，如果线程安全，就取消锁。

　　要知道，sync是基于对象头的监视器的，所以结合对象头的知识，自旋锁，偏向锁工作如下：

每一个线程在准备获取共享资源时：
第一步，检查MarkWord里面是不是放的自己的ThreadId ,如果是，表示当前线程是处于 “偏向锁”
第二步，如果MarkWord不是自己的ThreadId,锁升级，这时候，用CAS来执行切换，新的线程根据MarkWord里面现有的ThreadId，通知之前线程暂停，
之前线程将Markword的内容置为空。
第三步，两个线程都把对象的HashCode复制到自己新建的用于存储锁的记录空间，接着开始通过CAS操作，
把共享对象的MarKword的内容修改为自己新建的记录空间的地址的方式竞争MarkWord,
第四步，第三步中成功执行CAS的获得资源，失败的则进入自旋
第五步，自旋的线程在自旋过程中，成功获得资源(即之前获的资源的线程执行完成并释放了共享资源)，则整个状态依然处于 轻量级锁的状态，如果自旋失败
第六步，进入重量级锁的状态，这个时候，自旋的线程进行阻塞，等待之前线程执行完成并唤醒自己

　　性能差：为什么synchronize性能差呢，因为该锁利用操作系统的互斥实现，所以会切换内核态和用户态，这过程的开销极大；而线程的阻塞消耗一般，所以Reentrantlock一直在用户态消耗不大。

Renentrantlock

　　J.U.C提供的锁，实现方式是利用volatile和cas自旋的方式实现，主要核心组件是AQS，该知识点请参见我的另一篇参见AQS的文章