一. synchronized
在 JDK 1.6 之前，synchronized 是重量級(jí)鎖，效率低下。
從 JDK 1.6 開始，synchronized 做了很多優(yōu)化，如偏向鎖、輕量級(jí)鎖、自旋鎖、適應(yīng)性自旋鎖、鎖消除、鎖粗化等技術(shù)來減少鎖操作的開銷。
synchronized 同步鎖一共包含四種狀態(tài)：無鎖、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖，它會(huì)隨著競爭情況逐漸升級(jí)。synchronized 同步鎖可以升級(jí)但是不可以降級(jí)，目的是為了提高獲取鎖和釋放鎖的效率。
synchronized 的底層原理
synchronized 修飾的代碼塊
通過反編譯.class文件，通過查看字節(jié)碼可以得到：在代碼塊中使用的是monitorenter和monitorexit指令，其中monitorenter指令指向同步代碼塊的開始位置，monitorexit指令指明同步代碼塊的結(jié)束位置。
synchronized 修飾的方法
同樣查看字節(jié)碼可以得到：在同步方法中會(huì)包含ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)記符。該標(biāo)記符指明了該方法是一個(gè)同步方法，從而執(zhí)行相應(yīng)的同步調(diào)用。
二. 對(duì)象鎖、類鎖、私有鎖
對(duì)象鎖：使用 synchronized 修飾非靜態(tài)的方法以及 synchronized(this) 同步代碼塊使用的鎖是對(duì)象鎖。
類鎖：使用 synchronized 修飾靜態(tài)的方法以及 synchronized(class) 同步代碼塊使用的鎖是類鎖。
私有鎖：在類內(nèi)部聲明一個(gè)私有屬性如private Object lock，在需要加鎖的同步塊使用 synchronized(lock）
它們的特性：
對(duì)象鎖具有可重入性。
當(dāng)一個(gè)線程獲得了某個(gè)對(duì)象的對(duì)象鎖，則該線程仍然可以調(diào)用其他任何需要該對(duì)象鎖的 synchronized 方法或 synchronized(this) 同步代碼塊。
當(dāng)一個(gè)線程訪問某個(gè)對(duì)象的一個(gè) synchronized(this) 同步代碼塊時(shí)，其他線程對(duì)該對(duì)象中所有其它 synchronized(this) 同步代碼塊的訪問將被阻塞，因?yàn)樵L問的是同一個(gè)對(duì)象鎖。
每個(gè)類只有一個(gè)類鎖，但是類可以實(shí)例化成對(duì)象，因此每一個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)象鎖。
類鎖和對(duì)象鎖不會(huì)產(chǎn)生競爭。
私有鎖和對(duì)象鎖也不會(huì)產(chǎn)生競爭。
使用私有鎖可以減小鎖的細(xì)粒度，減少由鎖產(chǎn)生的開銷。
由私有鎖實(shí)現(xiàn)的等待/通知機(jī)制：
Object lock =newObject();// 由等待方線程實(shí)現(xiàn)synchronized(lock) {while(條件不滿足) {? ? ? lock.wait();? }? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }// 由通知方線程實(shí)現(xiàn)synchronized(lock) {? 條件發(fā)生改變? lock.notify();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }復(fù)制代碼
三. ReentrantLock
ReentrantLock 是一個(gè)獨(dú)占/排他鎖。相對(duì)于 synchronized，它更加靈活。但是需要自己寫出加鎖和解鎖的過程。它的靈活性在于它擁有很多特性。
ReentrantLock 需要顯示地進(jìn)行釋放鎖。特別是在程序異常時(shí)，synchronized 會(huì)自動(dòng)釋放鎖，而 ReentrantLock 并不會(huì)自動(dòng)釋放鎖，所以必須在 finally 中進(jìn)行釋放鎖。
它的特性：
公平性：支持公平鎖和非公平鎖。默認(rèn)使用了非公平鎖。
可重入
可中斷：相對(duì)于 synchronized，它是可中斷的鎖，能夠?qū)χ袛嘧鞒鲰憫?yīng)。
超時(shí)機(jī)制：超時(shí)后不能獲得鎖，因此不會(huì)造成死鎖。
ReentrantLock 是很多類的基礎(chǔ)，例如 ConcurrentHashMap 內(nèi)部使用的 Segment 就是繼承 ReentrantLock，CopyOnWriteArrayList 也使用了 ReentrantLock。
四. ReentrantReadWriteLock
我之前寫過一篇文章《ReentrantReadWriteLock讀寫鎖及其在 RxCache 中的使用》曾詳細(xì)介紹過ReentrantReadWriteLock。
它擁有讀鎖(ReadLock)和寫鎖(WriteLock)，讀鎖是一個(gè)共享鎖，寫鎖是一個(gè)排他鎖。
它的特性：
公平性：支持公平鎖和非公平鎖。默認(rèn)使用了非公平鎖。
可重入：讀線程在獲取讀鎖之后能夠再次獲取讀鎖。寫線程在獲取寫鎖之后能夠再次獲取寫鎖，同時(shí)也可以獲取讀鎖（鎖降級(jí)）。
鎖降級(jí)：先獲取寫鎖，再獲取讀鎖，然后再釋放寫鎖的過程。鎖降級(jí)是為了保證數(shù)據(jù)的可見性。
五. CAS
上面提到的 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 都是基于 AbstractQueuedSynchronizer (AQS)，而 AQS 又是基于 CAS。CAS 的全稱是 Compare And Swap（比較與交換），它是一種無鎖算法。
synchronized、Lock 都采用了悲觀鎖的機(jī)制，而 CAS 是一種樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)。
CAS 的特性：
通過調(diào)用 JNI 的代碼實(shí)現(xiàn)
非阻塞算法
非獨(dú)占鎖
CAS 存在的問題：
ABA
循環(huán)時(shí)間長開銷大
只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
六. Condition
Condition 用于替代傳統(tǒng)的 Object 的 wait()、notify() 實(shí)現(xiàn)線程間的協(xié)作。
在 Condition 對(duì)象中，與 wait、notify、notifyAll 方法對(duì)應(yīng)的分別是 await、signal 和 signalAll。
Condition 必須要配合 Lock 一起使用，一個(gè) Condition 的實(shí)例必須與一個(gè) Lock 綁定。
它的特性：
一個(gè) Lock 對(duì)象可以創(chuàng)建多個(gè) Condition 實(shí)例，所以可以支持多個(gè)等待隊(duì)列。
Condition 在使用 await、signal 或 signalAll 方法時(shí)，必須先獲得 Lock 的 lock()
支持響應(yīng)中斷
支持的定時(shí)喚醒功能
七. Semaphore
Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier 都是并發(fā)工具類。
Semaphore 可以指定多個(gè)線程同時(shí)訪問某個(gè)資源，而 synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允許一個(gè)線程訪問某個(gè)資源。由于 Semaphore 適用于限制訪問某些資源的線程數(shù)目，因此可以使用它來做限流。
Semaphore 并不會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步，數(shù)據(jù)的同步還是需要使用 synchronized、Lock 等實(shí)現(xiàn)。
它的特性：
基于 AQS 的共享模式
公平性：支持公平模式和非公平模式。默認(rèn)使用了非公平模式。
八. CountDownLatch
CountDownLatch 可以看成是一個(gè)倒計(jì)數(shù)器，它允許一個(gè)或多個(gè)線程等待其他線程完成操作。因此，CountDownLatch 是共享鎖。
CountDownLatch 的 countDown() 方法將計(jì)數(shù)器減1，await() 方法會(huì)阻塞當(dāng)前線程直到計(jì)數(shù)器變?yōu)?。
在我的爬蟲框架NetDiscovery中就使用了 CountDownLatch 來控制某個(gè)爬蟲的暫停和恢復(fù)。
九. 鎖的分類
十. 總結(jié)
本文小結(jié)了 Java 常用的一些鎖及其一些特性，掌握這些鎖是掌握 Java 并發(fā)編程的基礎(chǔ)。當(dāng)然，Java 的鎖并不止這些，例如 ConcurrentHashMap 的分段鎖(Segment)，分布式環(huán)境下所使用的分布式鎖。
參考資料：
《Java并發(fā)編程藝術(shù)》
《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》
