不懂什么是锁？看看这篇你就明白了（一）

Java 锁分类

Java 中的锁有很多，可以按照不同的功能、种类进行分类，下面是我对 Java 中一些常用锁的分类，包括一些基本的概述

• 从线程是否需要对资源加锁可以分为 悲观锁 和 乐观锁
• 从资源已被锁定，线程是否阻塞可以分为 自旋锁
• 从多个线程并发访问资源，也就是 Synchronized 可以分为 无锁、偏向锁、 轻量级锁 和 重量级锁
• 从锁的公平性进行区分，可以分为公平锁 和 非公平锁
• 从根据锁是否重复获取可以分为 可重入锁 和 不可重入锁
• 从那个多个线程能否获取同一把锁分为 共享锁 和 排他锁

下面我们依次对各个锁的分类进行详细阐述。

线程是否需要对资源加锁

Java 按照是否对资源加锁分为乐观锁和悲观锁，乐观锁和悲观锁并不是一种真实存在的锁，而是一种设计思想，乐观锁和悲观锁对于理解 Java 多线程和数据库来说至关重要，下面就来探讨一下这两种实现方式的区别和优缺点

悲观锁

悲观锁是一种悲观思想，它总认为最坏的情况可能会出现，它认为数据很可能会被其他人所修改，所以悲观锁在持有数据的时候总会把资源 或者 数据 锁住，这样其他线程想要请求这个资源的时候就会阻塞，直到等到悲观锁把资源释放为止。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。悲观锁的实现往往依靠数据库本身的锁功能实现。

Java 中的 Synchronized 和 ReentrantLock 等独占锁(排他锁)也是一种悲观锁思想的实现，因为 Synchronzied 和 ReetrantLock 不管是否持有资源，它都会尝试去加锁，生怕自己心爱的宝贝被别人拿走。

乐观锁

乐观锁的思想与悲观锁的思想相反，它总认为资源和数据不会被别人所修改，所以读取不会上锁，但是乐观锁在进行写入操作的时候会判断当前数据是否被修改过(具体如何判断我们下面再说)。乐观锁的实现方案一般来说有两种：版本号机制 和 CAS实现 。乐观锁多适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。

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。

两种锁的使用场景

上面介绍了两种锁的基本概念，并提到了两种锁的适用场景，一般来说，悲观锁不仅会对写操作加锁还会对读操作加锁，一个典型的悲观锁调用：

select * from student where name="cxuan" for update

这条 sql 语句从 Student 表中选取 name = "cxuan" 的记录并对其加锁，那么其他写操作再这个事务提交之前都不会对这条数据进行操作，起到了独占和排他的作用。

悲观锁因为对读写都加锁，所以它的性能比较低，对于现在互联网提倡的三高(高性能、高可用、高并发)来说，悲观锁的实现用的越来越少了，但是一般多写的情况下还是需要使用悲观锁的，因为虽然加锁的性能比较低，但是也阻止了像乐观锁一样，遇到写不一致的情况下一直重试的时间。

相对而言，乐观锁用于读多写少的情况，即很少发生冲突的场景，这样可以省去锁的开销，增加系统的吞吐量。

乐观锁的适用场景有很多，典型的比如说成本系统，柜员要对一笔金额做修改，为了保证数据的准确性和实效性，使用悲观锁锁住某个数据后，再遇到其他需要修改数据的操作，那么此操作就无法完成金额的修改，对产品来说是灾难性的一刻，使用乐观锁的版本号机制能够解决这个问题，我们下面说。

乐观锁的实现方式

乐观锁一般有两种实现方式：采用版本号机制 和 CAS（Compare-and-Swap，即比较并替换）算法实现。

版本号机制

版本号机制是在数据表中加上一个 version 字段来实现的，表示数据被修改的次数，当执行写操作并且写入成功后，version = version + 1，当线程A要更新数据时，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。

我们以上面的金融系统为例，来简述一下这个过程。

• 成本系统中有一个数据表，表中有两个字段分别是 金额 和 version，金额的属性是能够实时变化，而 version 表示的是金额每次发生变化的版本，一般的策略是，当金额发生改变时，version 采用递增的策略每次都在上一个版本号的基础上 + 1。
• 在了解了基本情况和基本信息之后，我们来看一下这个过程：公司收到回款后，需要把这笔钱放在金库中，假如金库中存有100 元钱

• 下面开启事务一：当男柜员执行回款写入操作前，他会先查看(读)一下金库中还有多少钱，此时读到金库中有 100 元，可以执行写操作，并把数据库中的钱更新为 120 元，提交事务，金库中的钱由 100 -> 120，version的版本号由 0 -> 1。
• 开启事务二：女柜员收到给员工发工资的请求后，需要先执行读请求，查看金库中的钱还有多少，此时的版本号是多少，然后从金库中取出员工的工资进行发放，提交事务，成功后版本 + 1，此时版本由 1 -> 2。

上面两种情况是最乐观的情况，上面的两个事务都是顺序执行的，也就是事务一和事务二互不干扰，那么事务要并行执行会如何呢？

• 事务一开启，男柜员先执行读操作，取出金额和版本号，执行写操作

begin
update 表 set 金额 = 120,version = version + 1 where 金额 = 100 and version = 0

• 此时金额改为 120，版本号为1，事务还没有提交
  事务二开启，女柜员先执行读操作，取出金额和版本号，执行写操作

begin
update 表 set 金额 = 50,version = version + 1 where 金额 = 100 and version = 0

• 此时金额改为 50，版本号变为 1，事务未提交
  现在提交事务一，金额改为 120，版本变为1，提交事务。理想情况下应该变为 金额 = 50，版本号 = 2，但是实际上事务二 的更新是建立在金额为 100 和 版本号为 0 的基础上的，所以事务二不会提交成功，应该重新读取金额和版本号，再次进行写操作。
  这样，就避免了女柜员 用基于 version = 0 的旧数据修改的结果覆盖男操作员操作结果的可能。

CAS 算法

省略代码，完整代码请参照 看完你就应该能明白的悲观锁和乐观锁

CAS 即 compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。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

Java 从 JDK1.5 开始支持，java.util.concurrent 包里提供了很多面向并发编程的类，也提供了 CAS 算法的支持，一些以 Atomic 为开头的一些原子类都使用 CAS 作为其实现方式。使用这些类在多核 CPU 的机器上会有比较好的性能。

如果要保证它们的原子性，必须进行加锁，使用 Synchronzied 或者 ReentrantLock，我们前面介绍它们是悲观锁的实现，我们现在讨论的是乐观锁，那么用哪种方式保证它们的原子性呢？请继续往下看

CAS 中涉及三个要素：

• 需要读写的内存值 V
• 进行比较的值 A
• 拟写入的新值 B

当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

我们以 java.util.concurrent 中的AtomicInteger 为例，看一下在不用锁的情况下是如何保证线程安全的

public class AtomicCounter {
    private AtomicInteger integer = new AtomicInteger();
    public AtomicInteger getInteger() {
        return integer;
    }
    public void setInteger(AtomicInteger integer) {
        this.integer = integer;
    }
    public void increment(){
        integer.incrementAndGet();
    }
    public void decrement(){
        integer.decrementAndGet();
    }
}
public class AtomicProducer extends Thread{
    private AtomicCounter atomicCounter;
    public AtomicProducer(AtomicCounter atomicCounter){
        this.atomicCounter = atomicCounter;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int j = 0; j < AtomicTest.LOOP; j++) {
            System.out.println("producer : " + atomicCounter.getInteger());
            atomicCounter.increment();
        }
    }
}
public class AtomicConsumer extends Thread{
    private AtomicCounter atomicCounter;
    public AtomicConsumer(AtomicCounter atomicCounter){
        this.atomicCounter = atomicCounter;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int j = 0; j < AtomicTest.LOOP; j++) {
            System.out.println("consumer : " + atomicCounter.getInteger());
            atomicCounter.decrement();
        }
    }
}
public class AtomicTest {
    final static int LOOP = 10000;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AtomicCounter counter = new AtomicCounter();
        AtomicProducer producer = new AtomicProducer(counter);
        AtomicConsumer consumer = new AtomicConsumer(counter);
        producer.start();
        consumer.start();
        producer.join();
        consumer.join();
        System.out.println(counter.getInteger());
    }
}

经测试可得，不管循环多少次最后的结果都是0，也就是多线程并行的情况下，使用 AtomicInteger 可以保证线程安全性。incrementAndGet 和 decrementAndGet 都是原子性操作。

乐观锁的缺点

任何事情都是有利也有弊，软件行业没有完美的解决方案只有最优的解决方案，所以乐观锁也有它的弱点和缺陷：