锁

乐观锁：

　　在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，采取在写时先读出当前版本号，然后加锁操作（比较跟上一次的版本号，如果一样则更新），如果失败则要重复读-比较-写的操作。 java中的乐观锁基本都是通过CAS操作实现的，CAS是一种更新的原子操作，比较当前值跟传入值是否一样，一样则更新，否则失败。

CAS：

　　（Compare And Swap/Set）比较并交换，CAS算法的过程是这样：它包含3个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量(内存值)，E表示预期值(旧的)，N表示新值。

当且仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

CAS操作是抱着乐观的态度进行的(乐观锁)，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

 

ABA问题：

　　CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据，而在下时刻比较并替换，那么在这个时间差类会导致数据的变化。
 比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且two进行了一些操作变成了B，然后two又将V位置的数据变成A，这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A，然后one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的。
 部分乐观锁的实现是通过版本号（version）的方式来解决ABA问题，乐观锁每次在执行数据的修改操作时，都会带上一个版本号，一旦版本号和数据的版本号一致就可以执行修改操作并对版本号执行+1操作，否则就执行失败。因为每次操作的版本号都会随之增加，所以不会出现ABA问题，因为版本号只会增加不会减少。

悲观锁：

　　　java中的悲观锁就是Synchronized,AQS框架下的锁则是先尝试cas乐观锁去获取锁，获取不到，才会转换为悲观锁，如RetreenLock。

 

Synchronized同步锁：

Synchronized作用范围 
1. 作用于方法时，锁住的是对象的实例(this)；
 2. 当作用于静态方法时，锁住的是Class实例，又因为Class的相关数据存储在永久带PermGen（jdk1.8则是metaspace），永久带是全局共享的，因此静态方法锁相当于类的一个全局锁，会锁所有调用该方法的线程；
 3. synchronized作用于一个对象实例时，锁住的是所有以该对象为锁的代码块。它有多个队列，当多个线程一起访问某个对象监视器的时候，对象监视器会将这些线程存储在不同的容器中。

Synchronized核心组件 
1) Wait Set：哪些调用wait方法被阻塞的线程被放置在这里；

2) Contention List：竞争队列，所有请求锁的线程首先被放在这个竞争队列中；
 3) Entry List：Contention List中那些有资格成为候选资源的线程被移动到Entry List中；
 4) OnDeck：任意时刻，最多只有一个线程正在竞争锁资源，该线程被成为OnDeck；
 5) Owner：当前已经获取到所资源的线程被称为Owner；
 6) !Owner：当前释放锁的线程。

 

实现过程：

1. JVM每次从队列的尾部取出一个数据用于锁竞争候选者（OnDeck），但是并发情况下，ContentionList会被大量的并发线程进行CAS访问，为了降低对尾部元素的竞争，JVM会将一部分线程移动到EntryList中作为候选竞争线程。
 2. Owner线程会在unlock时，将ContentionList中的部分线程迁移到EntryList中，并指定EntryList中的某个线程为OnDeck线程（一般是最先进去的那个线程）。
 3. Owner线程并不直接把锁传递给OnDeck线程，而是把锁竞争的权利交给OnDeck，OnDeck需要重新竞争锁。这样虽然牺牲了一些公平性，但是能极大的提升系统的吞吐量，在JVM中，也把这种选择行为称之为“竞争切换”。
 4. OnDeck线程获取到锁资源后会变为Owner线程，而没有得到锁资源的仍然停留在EntryList中。如果Owner线程被wait方法阻塞，则转移到WaitSet队列中，直到某个时刻通过notify或者notifyAll唤醒，会重新进去EntryList中。
 5. 处于ContentionList、EntryList、WaitSet中的线程都处于阻塞状态，该阻塞是由操作系统来完成的（Linux内核下采用pthread_mutex_lock内核函数实现的）。
 6. Synchronized是非公平锁。 Synchronized在线程进入ContentionList时，等待的线程会先尝试自旋获取锁，如果获取不到就进入ContentionList，这明显对于已经进入队列的线程是不公平的，还有一个不公平的事情就是自旋获取锁的线程还可能直接抢占OnDeck线程的锁资源。 
 7. 每个对象都有个monitor对象，加锁就是在竞争monitor对象，代码块加锁是在前后分别加上monitorenter和monitorexit指令来实现的，方法加锁是通过一个标记位来判断的
 8. synchronized是一个重量级操作，需要调用操作系统相关接口，性能是低效的，有可能给线程加锁消耗的时间比有用操作消耗的时间更多。
 9. Java1.6，synchronized进行了很多的优化，有适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁及偏向锁等，效率有了本质上的提高。在之后推出的Java1.7与1.8中，均对该关键字的实现机理做了优化。引入了偏向锁和轻量级锁。都是在对象头中有标记位，不需要经过操作系统加锁。
 10. 锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级到重量级锁。这种升级过程叫做锁膨胀； 11. JDK 1.6中默认是开启偏向锁和轻量级锁，可以通过-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁。

 

 

ReentrantLock：

　　与Synchronized的相同点：
      1. 都是用来协调多线程对共享对象、变量的访问 。
      2. 都是可重入锁，同一线程可以多次获得同一个锁。
      3. 都保证了可见性和互斥性。
      4.都是阻塞式的同步，线程阻塞和唤醒的代价是比较高的.

不同点：
    1.Synchronized是JVM级别的，ReentrantLock是1.5后javaAPI级别的，靠lock，unlock与try/finally语句块实现。
    2.ReentrantLock能实现公平锁。
    3.ReentrantLock通过Condition可以绑定多个条件。
    4.ReentrantLock显示的获得、释放锁，Synchronized隐式获得释放锁。
   5.ReentrantLock可中断，轮回，Syn不可以。
6. synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁。

 

volatile：

保证不同线程对该变量的操作是可见的，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程是立即可见的。禁止进行指令重排序。
volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取；
synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
volatile仅能使用在变量级别；
synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的。
volatile仅能实现变量的修改可见性，并不能保证原子性；synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性。
volatile不会造成线程的阻塞；
synchronized可能会造成线程的阻塞。
volatile标记的变量不会被编译器优化；
synchronized标记的变量可以被编译器优化。