Java 并发锁

1 为什么要加锁

所先JVM将内存划分成2个区域

• 主内存：所有线程共享的内存区域，存储所有的共享变量
• 工作内存：每个线程独有的内存区域，存储该线程使用到的共享变量的副本

线程对变量的操作(读取、赋值)必须在工作内存完成，从主内存读取变量到工作内存，在对工作内存的变量进行操作，返回主内存。因此，当不同线程同时操作一个变量时，就会出现操作的数据实际值和主内存不一致。

2 需要解决那些问题

2.1 可见性问题 

　　当一个共享变量被其他线程改变值后，其他线程无法立即感知到这个变量的值。

2.2 原子性

　　无法确保对同一个共享变量操作是原子性的。

2.3 有序性

　　操作系统可能对一些操作指令进行重新排序，从而提高运行速度。例如一个对象赋值操作。 A a =  new A()。 单例模式时，会判断对象是否是空对象，所有要两次判断非空

　　原本顺序：

　　　　1. 分配内存空间

　　　　2. 初始化对象

　　　　3.  将引用指向内存

　　重排序后顺序：

　　　　1. 分配内存空间

　　　　2. 将引用指向内存
　　　　3. 初始化对象

3 锁升级过程

虚拟机对象头分为两部分信息：

• 第一部分：用于存储对象自身运行时数据，32BIts(32位系统)或者64Bits(64位系统)，也称为Mark Work,  其中有2Bits用来存储锁标识。
• 第二部分：用于存储指向方法区对象类型数据的指针

锁优化过程：

1. 锁消除

　　如果不会出现同步问题，java编译之后，就会忽略同步

2. 偏向锁(只记录该线程ID)

　　偏向锁就是在无竞争(只有一个线程)的情况下把整个同步都消除。当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机将对象头中的标志位设位01，偏向模式。同时使用CAS把获取到这个锁的线程ID记录在对象的Mark Word之中，如果CAS操作成功，以后该线程在进入时，都不需要在进行相关的锁操作。

3. 轻量级锁(一个一个来， 很慢， 不会有竞争， 能更换成功)

　　在无竞争的情况下使用CAS消除数据在同步使用的互斥量。CAS将对象的MarkWord更新为指向Lock Record(线程堆栈，用于存储MarkWord的拷贝)的指针，如果更新成功，将对象头Mark Word里面的锁标志位更新成00。

4. 锁粗化

　　如果一个代码快有特别多的同步，虚拟机就会执行锁粗化，因为其实对多个对象加锁其实比一个对象加锁开销大的很多，虽然可能每个线程等待的时间会少点。

5. 自旋锁和自适应自旋

       当获取不到锁时，不在挂起，而是让他进行自旋等待。自旋等待次数通过-XX:PreBlockSpin来改变。jdk1.6引入自适应自旋锁。自适应意味着自旋的时间不在固定，根据任务执行的长短来决定自旋等待时常。

5. 锁的公平性

• 公平锁：先请求的线程先获得锁，后请求的线程进入等待队列排队，直到前面的线程释放锁后再依次获取
• 非公平锁：新请求锁的线程先尝试拿锁，如果拿到直接获取到锁，而无需排队等待，即使等待队列中已有线程在排队。

4 常见锁类型

2.1 Synchronized

synchronized 能解决资源的原子性、可见性和有序性。底层实现依赖JVM的锁机制和对象头结构。JVM层面的锁，自动加锁和释放锁，非公平锁，设计到锁升级。

public class SynchronizedDemo {

    int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo();
        synchronizedDemo.init1();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(synchronizedDemo.i);
    }

    public void init1() {
        Thread[] threads = new Thread[100];
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            threads[i] = new Thread(this::fun1);
            threads[i].start();
        }

    }

    /**
     * 方法上锁
     */
    synchronized void fun1() {
        i++;
    }
}

2.2 ReentranLock