在读不少并发文章中，会说起各类各样锁如公平锁，乐观锁等等，这篇文章介绍各类锁的分类。介绍的内容以下：html
公平锁/非公平锁
可重入锁
独享锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁
上面是不少锁的名词，这些分类并非全是指锁的状态，有的指锁的特性，有的指锁的设计，下面总结的内容是对每一个锁的名词进行必定的解释。并着重介绍一下偏向锁/轻量级锁/重量级锁java
1、java中的锁分类算法
公平锁/非公平锁
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并非按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会形成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java ReentrantLock而言，经过构造函数指定该锁是不是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优势在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。因为其并不像ReentrantLock是经过AQS的来实现线程调度，因此并无任何办法使其变成公平锁。编程
可重入锁
可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。
对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就能够看出是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock从新进入锁。
对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可必定程度避免死锁。使用synchronized时，当一个线程获得一个对象锁后，再次请求此对象锁时，是能够再次获得该对象的锁的。数组
synchronized void setA() throws Exception{ Thread.sleep(1000); setB(); } synchronized void setB() throws Exception{ Thread.sleep(1000); }
上面的代码就是一个可重入锁的一个特色，若是不是可重入锁的话，setB可能不会被当前线程执行，可能形成死锁。安全
独享锁/共享锁
独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。多线程
对于Java ReentrantLock而言，其是独享锁。可是对于Lock的另外一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。
读锁的共享锁可保证并发读是很是高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。
独享锁与共享锁也是经过AQS来实现的，经过实现不一样的方法，来实现独享或者共享。
对于Synchronized而言，固然是独享锁。并发
互斥锁/读写锁
上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。函数
互斥锁指一次最多只能有一个线程持有的锁。
互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock性能
乐观锁/悲观锁
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。
悲观锁认为对于同一个数据的并发操做，必定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。所以对于同一个数据的并发操做，悲观锁采起加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操做必定会出问题。
乐观锁则认为对于同一个数据的并发操做，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重复的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操做是没有事情的。
从上面的描述咱们能够看出，悲观锁适合写操做很是多的场景，乐观锁适合读操做很是多的场景，不加锁会带来大量的性能提高。
悲观锁在Java中的使用，就是利用各类锁。
乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，经常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，经过CAS自旋实现原子操做的更新。
分段锁
分段锁实际上是一种锁的设计，并非具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是经过分段锁的形式来实现高效的并发操做。
咱们以ConcurrentHashMap来讲一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即相似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每一个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。
当须要put元素的时候，并非对整个hashmap进行加锁，而是先经过hashcode来知道他要放在那一个分段中，而后对这个分段进行加锁，因此当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。
可是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就须要获取全部的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操做不须要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操做。
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
这三种锁是指锁的状态，而且是针对Synchronized。在Java 5经过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是经过对象监视器在对象头中的字段来代表的。
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。下降获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另外一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其余线程会经过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提升性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另外一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋必定次数的时候，尚未获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其余申请的线程进入阻塞，性能下降。
自旋锁
在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会当即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减小线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。
典型的自旋锁实现的例子，能够参考自旋锁的实现
2、偏向锁/轻量级锁/重量级锁的对比
在Java SE 1.6中，锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。这几个状态会随着竞争状况逐渐升级。锁能够升级但不能降级，意味着偏向锁升级为轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略，目的是为了提升得到锁和释放锁的效率。
1. 偏向锁
HotSpot 的做者通过以往的研究发现大多数状况下锁不只不存在多线程竞争，并且老是由同一线程屡次得到，为了让线程得到锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程 ID，之后该线程在进入和退出同步块时不须要进行CAS操做来加锁和解锁，而只需简单的测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁，若是测试成功，表示线程已经得到了锁，
若是测试失败，则须要再测试下 Mark Word中偏向锁的标识是否设置成 1（表示当前是偏向锁），若是没有设置，则使用 CAS 竞争锁，若是设置了，则尝试使用 CAS 将对象头的偏向锁指向当前线程。
(1) 偏向锁的撤销
偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，因此当其余线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。
偏向锁的撤销，须要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，而后检查持有偏向锁的线程是否活着，若是线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，若是线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么从新偏向于其余线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合做为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。
2. 轻量级锁
(1) 轻量级锁加锁
线程在执行同步块以前，JVM会先在当前线程的栈桢中建立用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。而后线程尝试使用 CAS 将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。若是成功，当前线程得到锁，若是失败，表示其余线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
若是有两条以上的线程争用同一个锁，那轻量级锁就再也不有效，要膨胀为重量级锁，锁标志的状态值变为”10”，Mark Word中存储的就是指向重量级（互斥量）的指针。
(2) 轻量级锁解锁
轻量级解锁时，会使用原子的 CAS 操做来将Displaced Mark Word替换回到对象头，若是成功，则表示没有竞争发生。若是失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。
偏向所锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。
一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可偏向的，意味着，它如今认为只可能有一个线程来访问它，因此当第一个线程来访问它的时候，它会偏向这个线程，此时，对象持有偏向锁。偏向第一个线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操做，并将对象头中的ThreadID改为本身的ID，以后再次访问这个对象时，只须要对比ID，不须要再使用CAS在进行操做。
一旦有第二个线程访问这个对象，由于偏向锁不会主动释放，因此第二个线程能够看到对象时偏向状态，这时代表在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，若是挂了，则能够将对象变为无锁状态，而后从新偏向新的线程，若是原来的线程依然存活，则立刻执行那个线程的操做栈，检查该对象的使用状况，若是仍然须要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。若是不存在使用了，则能够将对象回复成无锁状态，而后从新偏向。
轻量级锁认为竞争存在，可是竞争的程度很轻，通常两个线程对于同一个锁的操做都会错开，或者说稍微等待一下（自旋），另外一个线程就会释放锁。 可是当自旋超过必定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁，重量级锁使除了拥有锁的线程之外的线程都阻塞，防止CPU空转。
偏向锁/轻量级锁/重量级锁的优缺点对比
| 锁 | 优势 | 缺点 | 适用场景 |
| 偏向锁 | 加锁和解锁不须要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距 | 若是线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗 | 适用于只有一个线程访问同步块场景 |
| 轻量级锁 | 竞争的线程不会阻塞，提升了程序的响应速度 | 若是始终得不到锁竞争的线程，使用自旋会消耗CPU | 追求响应时间 同步块执行速度很是快 |
| 重量级锁 | 线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU | 线程阻塞，响应时间缓慢 | 追求吞吐量 同步块执行速度较长 |
参考：
《java并发编程的艺术》