说一下Java中的锁

Java 中的“锁”是一个非常大的话题，可以从不同维度进行分类。下面我按面试常问的脉络帮你梳理一遍，从基础概念到进阶原理。

一、按锁的性质/行为分类

1. 乐观锁 vs 悲观锁

维度 悲观锁 乐观锁
核心思想 认为并发冲突一定会发生，先加锁再操作 认为冲突很少发生，操作时不加锁，提交时再校验
实现方式 synchronized、ReentrantLock、数据库 select ... for update CAS（Compare And Swap）、版本号机制
适用场景 写多读少、冲突激烈 读多写少、冲突较少
缺点 加锁释放锁开销大，可能死锁 失败重试开销大，ABA 问题

ABA 问题：用 CAS 时，值从 A 改成 B 又改回 A，CAS 检查不出变化。可用 AtomicStampedReference 加版本号解决。

2. 公平锁 vs 非公平锁

  • 公平锁：线程按申请锁的顺序获取锁，先来先得。new ReentrantLock(true)。
  • 非公平锁：允许插队，新来的线程可能直接抢到锁。synchronized 和 new ReentrantLock() 默认都是非公平。

为什么默认非公平？ 非公平锁吞吐量更高。因为唤醒一个排队线程需要上下文切换，而新来的线程可能刚好在 CPU 上，直接拿到锁能减少切换开销。

3. 可重入锁 vs 不可重入锁

  • 可重入锁：同一线程可以多次获取同一把锁，不会死锁。synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入的。
  • 不可重入锁：同一线程再次获取锁会被阻塞。早期的一些自研锁可能是这样。

可重入的实现：锁内部维护持有线程和重入次数，每次获取 +1，释放 -1，减到 0 才真正释放。

4. 独占锁 vs 共享锁

  • 独占锁（排他锁）：同一时刻只允许一个线程持有。ReentrantLock、synchronized。
  • 共享锁：同一时刻允许多个线程持有。ReentrantReadWriteLock 的读锁、Semaphore、CountDownLatch。

ReentrantReadWriteLock 就是读写分离：读读不互斥，读写互斥，写写互斥。

二、按 JVM 实现层面分类

5. 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁（锁升级）

这是 synchronized 在 HotSpot 中的优化路径，锁状态记录在对象头的 Mark Word 中：

锁状态 适用场景 原理
无锁 无并发 —
偏向锁 只有一个线程访问 Mark Word 记录线程 ID，同一线程进入不需 CAS
轻量级锁 少量线程交替执行 CAS 自旋尝试获取锁，不阻塞
重量级锁 多线程激烈竞争 依赖操作系统互斥量（mutex），线程阻塞挂起

升级过程不可逆（偏向锁可批量撤销，但整体是单向升级）。

JDK 15 之后偏向锁默认禁用，JDK 18 彻底移除。因为现代应用并发高，偏向锁收益有限且维护成本大。

6. 自旋锁 vs 自适应自旋锁

  • 自旋锁：线程获取不到锁时不立即阻塞，而是循环重试（自旋），避免上下文切换。
  • 自适应自旋：JVM 根据上次自旋成功率动态调整自旋次数。成功过就多转几次，总失败就少转或不转。

自旋适合锁持有时间短的场景，否则空转浪费 CPU。

三、JDK 并发包（JUC）中的具体锁实现

7. AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

JUC 锁的基石，内部维护：

  • 一个 volatile int state 表示同步状态
  • 一个 CLH 双向队列存放等待线程
  • ConditionObject 支持条件等待

ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock 都基于 AQS 实现。

8. ReentrantLock

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 临界区
} finally {
    lock.unlock(); // 必须手动释放
}

特点：

  • 可重入、可中断（lockInterruptibly）、可超时（tryLock(timeout)）
  • 支持公平/非公平
  • 支持多个条件变量 Condition

与 synchronized 对比：

维度 synchronized ReentrantLock
实现层面 JVM 内置 JDK API（AQS）
释放方式 自动释放 手动 finally 释放
可中断 否 是
超时获取 否 是
公平锁 否 可选
条件变量 单个 wait/notify 多个 Condition

9. ReentrantReadWriteLock

读写分离，提升读多写少场景性能：

  • 读锁共享，写锁独占
  • 支持锁降级（写锁 → 读锁），不支持锁升级
ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
rwLock.readLock().lock();
rwLock.writeLock().lock();

10. StampedLock（JDK 8+）

比 ReentrantReadWriteLock 性能更好的读写锁，支持三种模式：

  • 写锁：独占
  • 悲观读锁：共享
  • 乐观读：不加锁，读取后校验 stamp 是否变化
StampedLock lock = new StampedLock();
long stamp = lock.tryOptimisticRead();
// 读操作
if (!lock.validate(stamp)) {
    stamp = lock.readLock(); // 升级为悲观读
    try { /* 重新读 */ } finally { lock.unlockRead(stamp); }
}

注意：StampedLock 不可重入，且不支持 Condition。

11. 其他同步工具（广义的“锁”）

工具 作用
Semaphore 信号量，控制同时访问的线程数
CountDownLatch 倒计时门闩，等待 N 个任务完成
CyclicBarrier 循环栅栏，一组线程互相等待到齐
Phaser 更灵活的多阶段同步

四、面试高频追问点

  1. synchronized 和 Lock 的区别？ → 见上表
  2. synchronized 锁升级过程？ → 偏向 → 轻量 → 重量
  3. AQS 原理？ → state + CLH 队列 + CAS
  4. CAS 的缺点？ → ABA 问题、自旋开销、只能保证一个变量原子性
  5. 死锁的四个必要条件？ → 互斥、请求保持、不可剥夺、循环等待
  6. 如何避免死锁？ → 按序加锁、超时释放、一次性申请所有资源
  7. ReentrantLock 公平锁怎么实现？ → AQS 中 hasQueuedPredecessors() 判断是否有前驱节点

五、一句话总结

Java 的锁可以从 乐观/悲观、公平/非公平、可重入/不可重入、独占/共享 等维度理解；JVM 层面 synchronized 有锁升级优化；JUC 层面以 AQS 为核心，衍生出 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock 等实现，配合 Semaphore、CountDownLatch 等工具应对不同并发场景。

如果你需要我针对某一块（比如 AQS 源码、锁升级细节、死锁排查）展开讲，可以告诉我。

posted @ 2026-10-08 17:00  ~码铃薯~  阅读(12)  评论(0)    收藏  举报