Java 各種鎖的小結
一. synchronized
在 JDK 1.6 之前，synchronized 是重量級鎖，效率低下。
從 JDK 1.6 開始，synchronized 做了很多優化，如偏向鎖、輕量級鎖、自旋鎖、適應性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化等技術來減少鎖操作的開銷。
synchronized 同步鎖一共包含四種狀態：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖，它會隨著競爭情況逐漸升級。synchronized 同步鎖可以升級但是不可以降級，目的是為了提高獲取鎖和釋放鎖的效率。
synchronized 的底層原理
synchronized 修飾的代碼塊
通過反編譯.class文件，通過查看字節碼可以得到：在代碼塊中使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代碼塊的開始位置，monitorexit 指令指明同步代碼塊的結束位置。
synchronized 修飾的方法
同樣查看字節碼可以得到：在同步方法中會包含 ACC_SYNCHRONIZED 標記符。該標記符指明了該方法是一個同步方法，從而執行相應的同步調用。
二. 對象鎖、類鎖、私有鎖
對象鎖：使用 synchronized 修飾非靜態的方法以及 synchronized(this) 同步代碼塊使用的鎖是對象鎖。
類鎖：使用 synchronized 修飾靜態的方法以及 synchronized(class) 同步代碼塊使用的鎖是類鎖。
私有鎖：在類內部聲明一個私有屬性如private Object lock，在需要加鎖的同步塊使用 synchronized(lock)
它們的特性：
對象鎖具有可重入性。
當一個線程獲得了某個對象的對象鎖，則該線程仍然可以調用其他任何需要該對象鎖的 synchronized 方法或 synchronized(this) 同步代碼塊。
當一個線程訪問某個對象的一個 synchronized(this) 同步代碼塊時，其他線程對該對象中所有其它 synchronized(this) 同步代碼塊的訪問將被阻塞，因為訪問的是同一個對象鎖。
每個類只有一個類鎖，但是類可以實例化成對象，因此每一個對象對應一個對象鎖。
類鎖和對象鎖不會產生競爭。
私有鎖和對象鎖也不會產生競爭。
使用私有鎖可以減小鎖的細粒度，減少由鎖產生的開銷。
由私有鎖實現的等待/通知機制：
Object lock = new Object();
// 由等待方線程實現
synchronized (lock) {
while (條件不滿足) {
lock.wait();
}
}
// 由通知方線程實現
synchronized (lock) {
條件發生改變
lock.notify();
}
三. ReentrantLock
ReentrantLock 是一個獨占/排他鎖。相對於 synchronized，它更加靈活。但是需要自己寫出加鎖和解鎖的過程。它的靈活性在於它擁有很多特性。
ReentrantLock 需要顯示地進行釋放鎖。特別是在程序異常時，synchronized 會自動釋放鎖，而 ReentrantLock 並不會自動釋放鎖，所以必須在 finally 中進行釋放鎖。
它的特性：
公平性：支持公平鎖和非公平鎖。默認使用了非公平鎖。
可重入
可中斷：相對於 synchronized，它是可中斷的鎖，能夠對中斷作出響應。
超時機制：超時後不能獲得鎖，因此不會造成死鎖。
ReentrantLock 是很多類的基礎，例如 ConcurrentHashMap 內部使用的 Segment 就是繼承 ReentrantLock，CopyOnWriteArrayList 也使用了 ReentrantLock。
四. ReentrantReadWriteLock
我之前寫過一篇文章《ReentrantReadWriteLock讀寫鎖及其在 RxCache 中的使用》 曾詳細介紹過ReentrantReadWriteLock。
它擁有讀鎖(ReadLock)和寫鎖(WriteLock)，讀鎖是一個共享鎖，寫鎖是一個排他鎖。
它的特性：
公平性：支持公平鎖和非公平鎖。默認使用了非公平鎖。
可重入：讀線程在獲取讀鎖之後能夠再次獲取讀鎖。寫線程在獲取寫鎖之後能夠再次獲取寫鎖，同時也可以獲取讀鎖(鎖降級)。
鎖降級：先獲取寫鎖，再獲取讀鎖，然後再釋放寫鎖的過程。鎖降級是為了保證數據的可見性。
五. CAS
上面提到的 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 都是基於 AbstractQueuedSynchronizer (AQS)，而 AQS 又是基於 CAS。CAS 的全稱是 Compare And Swap(比較與交換)，它是一種無鎖算法。
synchronized、Lock 都采用了悲觀鎖的機制，而 CAS 是一種樂觀鎖的實現。
CAS 的特性：
通過調用 JNI 的代碼實現
非阻塞算法
非獨占鎖
CAS 存在的問題：
ABA
循環時間長開銷大
只能保證一個共享變量的原子操作
六. Condition
Condition 用於替代傳統的 Object 的 wait()、notify() 實現線程間的協作。
在 Condition 對象中，與 wait、notify、notifyAll 方法對應的分別是 await、signal 和 signalAll。
Condition 必須要配合 Lock 一起使用，一個 Condition 的實例必須與一個 Lock 綁定。
它的特性：
一個 Lock 對象可以創建多個 Condition 實例，所以可以支持多個等待隊列。
Condition 在使用 await、signal 或 signalAll 方法時，必須先獲得 Lock 的 lock()
支持響應中斷
支持的定時喚醒功能
七. Semaphore
Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier 都是並發工具類。
Semaphore 可以指定多個線程同時訪問某個資源，而 synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允許一個線程訪問某個資源。由於 Semaphore 適用於限制訪問某些資源的線程數目，因此可以使用它來做限流。
Semaphore 並不會實現數據的同步，數據的同步還是需要使用 synchronized、Lock 等實現。
它的特性：
基於 AQS 的共享模式
公平性：支持公平模式和非公平模式。默認使用了非公平模式。
八. CountDownLatch
CountDownLatch 可以看成是一個倒計數器，它允許一個或多個線程等待其他線程完成操作。因此，CountDownLatch 是共享鎖。
CountDownLatch 的 countDown() 方法將計數器減1，await() 方法會阻塞當前線程直到計數器變為0。
在我的爬蟲框架NetDiscovery中就使用了 CountDownLatch 來控制某個爬蟲的暫停和恢復。
九. 鎖的分類
十. 總結
本文小結了 Java 常用的一些鎖及其一些特性，掌握這些鎖是掌握 Java 並發編程的基礎。當然，Java 的鎖並不止這些，例如 ConcurrentHashMap 的分段鎖(Segment)，分布式環境下所使用的分布式鎖。
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