設計模式-中介者模式
互斥自旋鎖的區別
互斥鎖：加鎖失敗後執行緒會釋放CPU給其他執行緒
自旋鎖：加鎖失敗後，執行緒會忙等待，直到他拿到鎖
互斥鎖 是一種獨佔鎖，比如執行緒A加鎖成功，此時互斥鎖已經被執行緒A獨佔了，只要執行緒A沒有釋放手中的鎖，執行緒B就會加鎖失敗，於是就會釋放CPU給其他執行緒，既然B釋放掉了CPU，自然執行緒B加鎖的程式碼就會被阻塞
對於互斥鎖加鎖失敗而阻塞的現象，是由作業系統核心實現的。當加鎖失敗時，核心會將執行緒置為「睡眠」狀態，等到鎖被釋放後，核心會在合適的時機喚醒執行緒，當這個執行緒成功獲取到鎖後，於是就可以繼續執行。如下圖
所以，互斥鎖加鎖失敗時，會從使用者態陷入到核心態，讓核心幫我們切換執行緒，雖然簡化了使用鎖的難度，但是存在一定的效能開銷成本。
那這個開銷成本是什麼呢？會有兩次執行緒上下文切換的成本：
當執行緒加鎖失敗時，核心會把執行緒的狀態從「執行」狀態設定為「睡眠」狀態，然後把 CPU 切換給其他執行緒執行；接著，當鎖被釋放時，之前「睡眠」狀態的執行緒會變為「就緒」狀態，然後核心會在合適的時間，把 CPU 切換給該執行緒執行。執行緒的上下文切換的是什麼？當兩個執行緒是屬於同一個程序，因為虛擬記憶體是共享的，==所以在切換時，虛擬記憶體這些資源就保持不動，只需要切換執行緒的私有資料、暫存器等不共享的資料。==
上下切換的耗時有大佬統計過，大概在幾十納秒到幾微秒之間，如果你鎖住的程式碼執行時間比較短，那可能上下文切換的時間都比你鎖住的程式碼執行時間還要長。
所以，如果你能確定被鎖住的程式碼執行時間很短，就不應該用互斥鎖，而應該選用自旋鎖，否則使用互斥鎖。
自旋鎖是通過 CPU 提供的 CAS 函式（Compare And Swap），在「使用者態」完成加鎖和解鎖操作，不會主動產生執行緒上下文切換，所以相比互斥鎖來說，會快一些，開銷也小一些。
一般加鎖的過程，包含兩個步驟：
第一步，檢視鎖的狀態，如果鎖是空閒的，則執行第二步；第二步，將鎖設定為當前執行緒持有；CAS 函式就把這兩個步驟合併成一條硬體級指令，形成原子指令，這樣就保證了這兩個步驟是不可分割的，要麼一次性執行完兩個步驟，要麼兩個步驟都不執行。
使用自旋鎖的時候，當發生多執行緒競爭鎖的情況，加鎖失敗的執行緒會「忙等待」，直到它拿到鎖。這裡的「忙等待」可以用 while
自旋鎖是最比較簡單的一種鎖，一直自旋，利用 CPU 週期，直到鎖可用。需要注意，在單核 CPU 上，需要搶佔式的排程器（即不斷通過時鐘中斷一個執行緒，執行其他執行緒）。否則，自旋鎖在單 CPU 上無法使用，因為一個自旋的執行緒永遠不會放棄 CPU。
自旋鎖開銷少，在多核系統下一般不會主動產生執行緒切換，適合非同步、協程等在使用者態切換請求的程式設計方式，但如果被鎖住的程式碼執行時間過長，自旋的執行緒會長時間佔用 CPU 資源，所以自旋的時間和被鎖住的程式碼執行的時間是成「正比」的關係，我們需要清楚的知道這一點。
自旋鎖與互斥鎖使用層面比較相似，但實現層面上完全不同：當加鎖失敗時，互斥鎖用「執行緒切換」來應對，自旋鎖則用「忙等待」來應對。
它倆是鎖的最基本處理方式，更高階的鎖都會選擇其中一個來實現，比如讀寫鎖既可以選擇互斥鎖實現，也可以基於自旋鎖實現。
讀寫鎖
讀寫鎖：讀和寫還有優先順序區分？
讀寫鎖從字面意思我們也可以知道，它由「讀鎖」和「寫鎖」兩部分構成，如果只讀取共享
資源用「讀鎖」加鎖，如果要修改共享資源則用「寫鎖」加鎖。
所以，讀寫鎖適用於能明確區分讀操作和寫操作的場景。
讀寫鎖的工作原理是：
當「寫鎖」沒有被執行緒持有時，多個執行緒能夠併發地持有讀鎖，這大大提高了共享資源的訪問效率，因為「讀鎖」是用於讀取共享資源的場景，所以多個執行緒同時持有讀鎖也不會破壞共享資源的資料。但是，一旦「寫鎖」被執行緒持有後，讀執行緒的獲取讀鎖的操作會被阻塞，而且其他寫執行緒的獲取寫鎖的操作也會被阻塞。所以說，寫鎖是獨佔鎖，因為任何時刻只能有一個執行緒持有寫鎖，類似互斥鎖和自旋鎖，而讀鎖是共享鎖，因為讀鎖可以被多個執行緒同時持有。
知道了讀寫鎖的工作原理後，我們可以發現，讀寫鎖在讀多寫少的場景，能發揮出優勢。
另外，根據實現的不同，讀寫鎖可以分為「讀優先鎖」和「寫優先鎖」。
讀優先鎖期望的是，讀鎖能被更多的執行緒持有，以便提高讀執行緒的併發性，它的工作方式是：當讀執行緒 A 先持有了讀鎖，寫執行緒 B 在獲取寫鎖的時候，會被阻塞，並且在阻塞過程中，後續來的讀執行緒 C 仍然可以成功獲取讀鎖，最後直到讀執行緒 A 和 C 釋放讀鎖後，寫執行緒 B 才可以成功獲取讀鎖。如下圖：
而寫優先鎖是優先服務寫執行緒，其工作方式是：當讀執行緒 A 先持有了讀鎖，寫執行緒 B 在獲取寫鎖的時候，會被阻塞，並且在阻塞過程中，後續來的讀執行緒 C 獲取讀鎖時會失敗，於是讀執行緒 C 將被阻塞在獲取讀鎖的操作，這樣只要讀執行緒 A 釋放讀鎖後，寫執行緒 B 就可以成功獲取讀鎖。如下圖：
讀優先鎖對於讀執行緒併發性更好，但也不是沒有問題。我們試想一下，如果一直有讀執行緒獲取讀鎖，那麼寫執行緒將永遠獲取不到寫鎖，這就造成了寫執行緒「飢餓」的現象。
寫優先鎖可以保證寫執行緒不會餓死，但是如果一直有寫執行緒獲取寫鎖，讀執行緒也會被「餓死」。
既然不管優先讀鎖還是寫鎖，對方可能會出現餓死問題，那麼我們就不偏袒任何一方，搞個「公平讀寫鎖」。
公平讀寫鎖比較簡單的一種方式是：用佇列把獲取鎖的執行緒排隊，不管是寫執行緒還是讀執行緒都按照先進先出的原則加鎖即可，這樣讀執行緒仍然可以併發，也不會出現「飢餓」的現象。
互斥鎖和自旋鎖都是最基本的鎖，讀寫鎖可以根據場景來選擇這兩種鎖其中的一個進行實現。
樂觀鎖與悲觀鎖
樂觀鎖與悲觀鎖：做事的心態有何不同？
前面提到的互斥鎖、自旋鎖、讀寫鎖，都是屬於悲觀鎖。
悲觀鎖做事比較悲觀，它認為多執行緒同時修改共享資源的概率比較高，於是很容易出現衝突，所以訪問共享資源前，先要上鎖。
那相反的，如果多執行緒同時修改共享資源的概率比較低，就可以採用樂觀鎖。
樂觀鎖做事比較樂觀，它假定衝突的概率很低，它的工作方式是：先修改完共享資源，再驗證這段時間內有沒有發生衝突，如果沒有其他執行緒在修改資源，那麼操作完成，如果發現有其他執行緒已經修改過這個資源，就放棄本次操作。
放棄後如何重試，這跟業務場景息息相關，雖然重試的成本很高，但是衝突的概率足夠低的話，還是可以接受的。
可見，樂觀鎖的心態是，不管三七二十一，先改了資源再說。另外，你會發現樂觀鎖全程並沒有加鎖，所以它也叫無鎖程式設計。
這裡舉一個場景例子：線上文件。
我們都知道線上文件可以同時多人編輯的，如果使用了悲觀鎖，那麼只要有一個使用者正在編輯文件，此時其他使用者就無法開啟相同的文件了，這使用者體驗當然不好了。
那實現多人同時編輯，實際上是用了樂觀鎖，它允許多個使用者開啟同一個文件進行編輯，編輯完提交之後才驗證修改的內容是否有衝突。
怎麼樣才算發生衝突？這裡舉個例子，比如使用者 A 先在瀏覽器編輯文件，之後使用者 B 在瀏覽器也打開了相同的文件進行編輯，但是使用者 B 比使用者 A 提交改動，這一過程使用者 A 是不知道的，當 A 提交修改完的內容時，那麼 A 和 B 之間並行修改的地方就會發生衝突。
服務端要怎麼驗證是否衝突了呢？通常方案如下：
由於發生衝突的概率比較低，所以先讓使用者編輯文件，但是瀏覽器在下載文件時會記錄下服務端返回的文件版本號；當用戶提交修改時，發給服務端的請求會帶上原始文件版本號，伺服器收到後將它與當前版本號進行比較，如果版本號一致則修改成功，否則提交失敗。實際上，我們常見的 SVN 和 Git 也是用了樂觀鎖的思想，先讓使用者編輯程式碼，然後提交的時候，通過版本號來判斷是否產生了衝突，發生了衝突的地方，需要我們自己修改後，再重新提交。
樂觀鎖雖然去除了加鎖解鎖的操作，但是一旦發生衝突，重試的成本非常高，所以只有在衝突概率非常低，且加鎖成本非常高的場景時，才考慮使用樂觀鎖。
CAS缺點：
1、ABA問題：
因為CAS需要在操作值的時候檢查下值有沒有發生變化，如果沒有發生變化則更新，但是如果一個值原來是A，變成了B，又變成了A，那麼使用CAS進行檢查時會發現它的值沒有發生變化，但是實際上卻變化了。
ABA問題的解決思路就是使用版本號。在變數前面追加上版本號，每次變數更新的時候把版本號加一，那麼A－B－A 就會變成1A - 2B－3A。
2、迴圈時間長開銷大：
自旋CAS如果長時間不成功，會給CPU帶來非常大的執行開銷。
3、多個共享變數操作時，CAS無法保證操作的原子性。