无招胜有招之锁
一、CAS、樂觀鎖與悲觀鎖、數據庫相關鎖機制、分布式鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖、Monitor
CAS：在java并發應用中通常指CompareAndSwap或CompareAndSet，即比較并交換。
簡單來說就是一種無鎖算法，有三個操作數（內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當A=V,將V修改為B否則什么都不做。）
樂觀鎖與悲觀鎖：
1.樂觀鎖：總是假設最好的情況，每次去拿數據的時候都認為別人不會修改，所以不會上鎖。但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，可以使用版本號機制和CAS算法實現。
2.悲觀鎖：總是假設最壞的情況，每次去拿數據的時候都認為別人會修改，所以每次在拿數據時都會上鎖，這樣別人想拿這個數據時就會阻塞，直到他拿到鎖（共享資源每次只給一個線程使用，用完后再把資源轉讓給其他線程。）
數據庫相關鎖機制：
數據庫鎖一般分為兩類，一個是悲觀鎖，一個是樂觀鎖。
樂觀鎖一般是指用戶自己實現的一種鎖機制，悲觀鎖一般就是我們通常說的數據庫鎖機制，悲觀鎖主要表鎖、行鎖、頁鎖。
分布式鎖：
分布式鎖是控制分布式系統之間同步訪問共享資源的一種方式。
分布式鎖應該具備哪些條件：
2、高可用的獲取鎖與釋放鎖；?
3、高性能的獲取鎖與釋放鎖；?
4、具備可重入特性；?
5、具備鎖失效機制，防止死鎖；?
6、具備非阻塞鎖特性，即沒有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗。
分布式鎖的三種實現方式:
2.基于緩存（Redis等）實現分布式鎖；?
3.基于Zookeeper實現分布式鎖；
偏向鎖：
在沒有實際競爭的情況下，還能夠針對部分場景繼續優化。如果不僅僅沒有實際競爭，自始至終，使用鎖的線程都只有一個，那么，維護輕量級鎖都是浪費的。偏向鎖的目標是，減少無競爭且只有一個線程使用鎖的情況下，使用輕量級鎖產生的性能消耗。輕量級鎖每次申請、釋放鎖都至少需要一次CAS，但偏向鎖只有初始化時需要一次CAS。
“偏向”的意思是，偏向鎖假定將來只有第一個申請鎖的線程會使用鎖（不會有任何線程再來申請鎖），因此，只需要在Mark Word中CAS記錄owner（本質上也是更新，但初始值為空），如果記錄成功，則偏向鎖獲取成功，記錄鎖狀態為偏向鎖，以后當前線程等于owner就可以零成本的直接獲得鎖；否則，說明有其他線程競爭，膨脹為輕量級鎖。
偏向鎖無法使用自旋鎖優化，因為一旦有其他線程申請鎖，就破壞了偏向鎖的假定。
缺點：
同樣的，如果明顯存在其他線程申請鎖，那么偏向鎖將很快膨脹為輕量級鎖。
輕量級鎖：
自旋鎖的目標是降低線程切換的成本。如果鎖競爭激烈，我們不得不依賴于重量級鎖，讓競爭失敗的線程阻塞；如果完全沒有實際的鎖競爭，那么申請重量級鎖都是浪費的。輕量級鎖的目標是，減少無實際競爭情況下，使用重量級鎖產生的性能消耗，包括系統調用引起的內核態與用戶態切換、線程阻塞造成的線程切換等。
顧名思義，輕量級鎖是相對于重量級鎖而言的。使用輕量級鎖時，不需要申請互斥量，僅僅將Mark Word中的部分字節CAS更新指向線程棧中的Lock Record，如果更新成功，則輕量級鎖獲取成功，記錄鎖狀態為輕量級鎖；否則，說明已經有線程獲得了輕量級鎖，目前發生了鎖競爭（不適合繼續使用輕量級鎖），接下來膨脹為重量級鎖。
Mark Word是對象頭的一部分；每個線程都擁有自己的線程棧（虛擬機棧），記錄線程和函數調用的基本信息。二者屬于JVM的基礎內容，此處不做介紹。
當然，由于輕量級鎖天然瞄準不存在鎖競爭的場景，如果存在鎖競爭但不激烈，仍然可以用自旋鎖優化，自旋失敗后再膨脹為重量級鎖。
缺點：
同自旋鎖相似，如果鎖競爭激烈，那么輕量級將很快膨脹為重量級鎖，那么維持輕量級鎖的過程就成了浪費。
重量級鎖：
內置鎖（內置鎖是JVM提供的最便捷的線程同步工具，在代碼塊或方法聲明上添加synchronized關鍵字即可使用內置鎖）在Java中被抽象為監視器鎖（monitor）。在JDK 1.6之前，監視器鎖可以認為直接對應底層操作系統中的互斥量（mutex）。這種同步方式的成本非常高，包括系統調用引起的內核態與用戶態切換、線程阻塞造成的線程切換等。因此，后來稱這種鎖為“重量級鎖”。
偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖適用于不同的并發場景：
偏向鎖：無實際競爭，且將來只有第一個申請鎖的線程會使用鎖。
輕量級鎖：無實際競爭，多個線程交替使用鎖；允許短時間的鎖競爭。
重量級鎖：有實際競爭，且鎖競爭時間長。
另外，如果鎖競爭時間短，可以使用自旋鎖進一步優化輕量級鎖、重量級鎖的性能，減少線程切換。
如果鎖競爭程度逐漸提高（緩慢），那么從偏向鎖逐步膨脹到重量鎖，能夠提高系統的整體性能。
二、鎖優化、鎖消除、鎖粗化、自旋鎖、可重入鎖、阻塞鎖、死鎖：
1.鎖優化：減少鎖的持有時間（將同步方法改成同步代碼塊）、減少鎖的粒度（ConcurrentHashMap）、讀寫分離鎖代替獨占鎖（ReadWriterLock）、鎖分離（LinkedBlockingQueue）、鎖粗化。推薦https://www.cnblogs.com/xdecode/p/9137804.html
2.鎖消除：指虛擬機即時編譯器在運行時，對一些代碼上要求同步，但是被檢測到不可能存在共享數據競爭的鎖進行削除。然后帶來一定的性能提升。
3.鎖粗化：通常情況下，為了保證多線程間的有效并發，會要求每個線程持有鎖的時間盡可能短，但是大某些情況下，一個程序對同一個鎖不間斷、高頻地請求、同步與釋放，會消耗掉一定的系統資源，因為鎖的講求、同步與釋放本身會帶來性能損耗，這樣高頻的鎖請求就反而不利于系統性能的優化了，雖然單次同步操作的時間可能很短。鎖粗化就是告訴我們任何事情都有個度，有些情況下我們反而希望把很多次鎖的請求合并成一個請求，以降低短時間內大量鎖請求、同步、釋放帶來的性能損耗。
4.自旋鎖：又稱非可重入鎖。簡單來說，若一個類中有兩個方法A、B，則AB都有獲得同一把鎖，||當A調用時獲得鎖，在A方法鎖還沒有被釋放時，調用B時，B無法獲得鎖。必須等A釋放鎖。首先，內核態與用戶態的切換上不容易優化。但通過自旋鎖，可以減少線程阻塞造成的線程切換（包括掛起線程和恢復線程）。因為鎖阻塞造成線程切換的時間與鎖持有的時間相當，所以減少線程阻塞造成的線程切換，就能得到較大的性能提升。
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5.可重入鎖：簡單來說，若一個類中有兩個方法A、B，則AB都有獲得同一把鎖，||當A調用時獲得鎖，在A方法鎖還沒有被釋放時，調用B時，B也獲得鎖。專業說法：又名遞歸鎖，是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候，再進入該線程的內層方法會自動獲取鎖（前提鎖對象得是同一個對象或者class），不會因為之前已經獲取過還沒釋放而阻塞。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖，可重入鎖的一個優點是可一定程度避免死鎖。
6.阻塞鎖：阻塞鎖指改變了線程的運行狀態，在java中，線程Thread有如下幾種狀態：新建狀態、就緒狀態、運行狀態、阻塞狀態、死亡狀態。阻塞鎖，可以說是讓線程進入阻塞狀態進行等待，當獲得相應的信號（喚醒，時間） 時，才可以進入線程的準備就緒狀態，準備就緒狀態的所有線程，通過競爭，進入運行狀態。
7.死鎖：不同線程分別占用對方需要的同步資源不放棄，都在等待對方放棄自己需要的同步資源，就形成了線程的死鎖。
三、死鎖的原因：
四、死鎖的解決辦法：
- CountDownLatch、 CyclicBarrier 和Semaphore三個類的使用和原理：
JAVA并發包中有三個類用于同步一批線程的行為，分別是CountDownLatch、Semaphore和CyclicBarrier。
1.CountDownLatch是一個計數器閉鎖，通過它可以完成類似于阻塞當前線程的功能，即：一個線程或多個線程一直等待，直到其他線程執行的操作完成。CountDownLatch用一個給定的計數器來初始化，該計數器的操作是原子操作，即同時只能有一個線程去操作該計數器。
2.Semaphore與CountDownLatch相似，不同的地方在于Semaphore的值被獲取到后是可以釋放的，并不像CountDownLatch那樣一直減到底。它也被更多地用來限制流量，類似閥門的 功能。如果限定某些資源最多有N個線程可以訪問，那么超過N個主不允許再有線程來訪問，同時當現有線程結束后，就會釋放，然后允許新的線程進來。有點類似于鎖的lock與 unlock過程。相對來說他也有兩個主要的方法：
用于獲取權限的acquire(),其底層實現與CountDownLatch.countdown()類似;
用于釋放權限的release()，其底層實現與acquire()是一個互逆的過程。
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3.CyclicBarrier也是一個同步輔助類，它允許一組線程相互等待，直到到達某個公共屏障點（common barrier point）。通過它可以完成多個線程之間相互等待，只有當每個線程都準備就緒后，才能各自繼續往下執行后面的操作。類似于CountDownLatch，它也是通過計數器來實現的。那么CyclicBarrier和CountDownLatch之間的區別在于：
CountDownLatch主要是實現了1個或N個線程需要等待其他線程完成某項操作之后才能繼續往下執行操作，描述的是1個線程或N個線程等待其他線程的關系。CyclicBarrier主要是實現了多個線程之間相互等待，直到所有的線程都滿足了條件之后各自才能繼續執行后續的操作，描述的多個線程內部相互等待的關系。
CountDownLatch是一次性的，而CyclicBarrier則可以被重置而重復使用。
總結
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