1 概述

锁是并发开发中必不可少的，我们在读各种各样的并发开发的文章的时候，都会提到各种各样的锁。因为在并发开发中，难免会碰到多个并发程序（可以是多个线程，也可以是多个进程）之间竞争临界资源的情况。为了避免多个并发程序同时访问同一个资源带来的问题，就需要用到锁。

我们又各种不同的应用场景，需要不同的锁的特性。对锁的分类也有各种各样的方法，有的是按照特性分，有的是按照设计来分。因此就出现了各种各样的名词。因此在深入了解Java中各种锁的特点、实现，以及应用的场景之前，有必要先对各种名词做一个解释。

1.1 公平锁/非公平锁

公平锁/非公平锁是锁的特性。公平锁指的是各个并发程序得到锁的顺序与它们申请锁的顺序相同，也就是说是大家要排队，先申请的先得到。反之，则是非公平锁。
如果使用非公平锁，可能会出现有些线程一直得不到锁，造成线程饥饿的问题。但是非公平锁也有好处，好处就是吞吐量要大一些。

1.2 独享锁/共享锁

顾名思义，独享锁指的是一把锁只能由一个持有者，共享锁则可以有多个持有者。为什么能够共享还需要锁？因为共享锁也是有限制的，比如只能持有者必须做的是同样的某种操作（例如都是读数据），或者对持有者的数量有限制等等。

独享锁能够更好的保证安全性，而共享锁则可以提供更高的性能。

同时，而已将独享锁与共享锁结合起来使用，比如读写锁。读写锁其实是一个“组合锁”，其中包含了一个读锁和一个写锁。读锁是共享锁，写锁是独享锁。 因此读写锁可以支持“读读”的场景，但是不支持“读写”、“写读”、“写写”的场景。

有时候会将独享锁称为互斥锁。

1.3 乐观锁/悲观锁

悲观锁和乐观锁其实体现了对并发的不同态度。悲观的态度认为：并发大概率是会出现问题的（悲观态度），因此在进行操作之前，就需要先获取锁。乐观的态度认为：并发出现问题的概率是很低的（乐观态度），因此只需要在更新数据的时候，进行尝试（查看在业务处理的过程中，数据是否被其他的程序改变了）。如果没有，则进行正常的更新；如果被修改了，则进行异常处理（报错或者重试，根据具体的业务需求来决定。）

因此，悲观锁适用大多数情况下会写数据的操作，因为这样的场景下出现冲突的可能性要高一些；乐观锁则适用于大多数情况下只是读数据的操作，因为这样的情况下出现冲突的可能性要第一些。

1.4 可重入锁

可重入锁可以比喻为“继承”，当“父程序”（父线程或者外层方法）获取了锁之后，“子程序”（子线程或者内层方法）能够自动获取锁。因此，可重入锁也被称为递归锁。

1.5 分段锁

分段锁其实不是一种锁，而是一种使用锁的方式（或者说是思想）。具体来说，就是将竞争资源由一个整体划分为多个段（Segment），在很多情况下，程序对资源的修改是位于一个或者几个segment中，则只需要将这些segment加锁。那么多个并发程序可以同时修改不同的segment。
分段锁最普遍的应用应该是数据库中的行锁和表锁。当应用程序修改少数几行的时候，就是在这些行上加行锁（一行就相当于一个segment）。当行锁太多时，则升级到表锁。
还有就是Java中的ConcurrentHashMap，也采用了分段锁的方式。

1.6 自旋锁

自旋锁其实也不是锁，而是获取锁的方式。指的是要获取锁的程序在获取锁失败后，并不会进入阻塞状态，而是不断的循环尝试获取锁。
这种方式下，线程不会主动进入休眠状态。优点是一旦锁被其他的程序释放，该线程能够快速获取到锁。但是由于循环尝试需要占用CPU，因此在竞争激烈（同一个CPU上竞争锁的程序过多的时候），总体性能会显著下降。

1.7 偏向锁/轻量锁/重量锁

这些也不是锁，而是某些锁的三种状态。
在Java 6之后，为了提高synchronized关键字修饰的代码的效率，引入了这三种状态。
最开始是偏向锁状态，指的是如果一段同步代码一直被一个线程使用，则该线程能够自动获取锁，降低了获取锁的性能开销。（为什么这里用词改为了“线程”，而不是“程序”？这是因为这3种状态是JVM实现的，在一个JVM种的竞争就是线程之间的竞争）。
如果偏向锁状态下，有另外一个线程访问同步代码，则会升级到轻量锁。这个时候线程要获取锁的时候，会采用自旋锁的方式，不会阻塞等待。（这个时候表明竞争不激烈，采用自旋锁能够提高性能。）
但是，如果一个线程在自旋锁状态种等待的时间过长（例如自旋达到一定的次数），就会进入阻塞状态（长时间获取不到锁，多半说明竞争激烈），锁会升级为重量锁。
注意，上面的这个过程是单向的，也就是说只能升级，不能降级。

1.8 小结

这里介绍了一些锁的基本概念和术语。在实际实现的时候，由于应用场景的不同（例如是单机还是分布式等等），会有各种各样的实现方式。后续的文章中，我们会逐一介绍使用Java语言实现各种锁的各种方案。