7分钟彻底搞懂Java各种锁

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1.悲观锁vs乐观锁

这一组锁是根据并发冲突的假设不同而进行区分，我们用上厕所来理解

悲观锁是被害妄想症（总假设会冲突），它就会锁上门再办事（先加锁再操作），java中我们熟悉的synchronized和Reentrantlock就是这种类型，只要一个线程抢到了锁，别的线程就只能阻塞等待，这种锁用在像秒杀减库存这种场景特别合适，虽然有点笨重但胜在绝对安全

那乐观锁呢，正好相反，它去上厕所，门都不锁，直接推门进去。等办完事出来检查一下，我进来时放的纸巾还是原来的品牌吗。如何还是，说明没人来过，万事大吉。如果被人换了，之前的就是白上了，需要重新再来一次。这个检查并替换的动作就是java中的CAS（Compare-And-Swap），咱们常用的AtomicInterger、AtomicLong这些原子类就是靠的这手绝活，它特别适合更新帖子阅读数这种竞争不太激烈的场景，性能起飞。不过它也有个坑就是经典的ABA问题。就是你女朋友找你分手了，她又找了个新男友，然后又分手了，最后来找你复合，她还是那个她，但中间发生过啥，你还真不知道。想解决也很简单，加个版本号就行，AtomicStampedReference就是干这个的

口述版本：

悲观锁：

悲观锁假设冲突总是会发生，因此每次操作时都加锁，确保没有其他线程干扰。synchronized 和 ReentrantLock 都是悲观锁的实现，适合数据一致性要求高的场景，但性能较低，因为每个线程都需要等待锁释放。

乐观锁：

乐观锁假设冲突不会发生，线程不加锁，操作前后检查数据是否被修改。如果没被修改，就完成操作；如果被修改，就重新尝试。CAS（Compare-And-Swap）是乐观锁的典型实现，像 AtomicInteger 就是通过 CAS 实现的。适合冲突较少的场景，但存在ABA问题，可以通过版本号来解决。

2.公平锁vs非公平锁

这一组是根据排队的规矩来分的，公平锁就像银行叫号，主打的就是先来先到，非公平锁就像路边招手打车，谁快谁上。

公平锁的优点：童叟无欺，确保每个线程都有出头之日，但是坏处也很明显，银行叫号中一个老太太办业务又慢又麻烦，其他人也只能在那之后乖乖等着，队伍不长才怪（吞吐量低），常用的ReentrantLock可以添加一个布尔型的参数true就表示采用的公平锁

非公平锁的优点：就像路边打车他才不管有没有人排队，谁动作快抢到了车谁就上，这么做的好处很明显，相比于公平锁省去了叫号、线程唤醒的麻烦，整个系统吞吐量一下就上去了，而锁的最大敌人就是吞吐量，所以ReentrantLock默认就是非公平锁，同样的synchronized也是默认非公平锁，因此除非你的业务有严格的先后顺序要求，否则就用默认的非公平锁，因为它更快

口述版本：

公平锁：

公平锁保证线程按照请求锁的顺序来获取锁，先来先得。一个典型的例子就是 ReentrantLock(true)，它通过队列来保证每个线程都能公平地获取锁。适合需要严格控制线程获取顺序的场景，但性能相对较低，因为线程管理开销较大。

非公平锁：

非公平锁允许线程在竞争时插队，后到的线程有可能抢到锁。ReentrantLock 默认就是非公平锁，性能较高，因为不需要维护严格的线程顺序。适合高并发、吞吐量要求高的场景，但有可能导致某些线程长时间无法获取锁（线程饥饿）。

3.排他锁vs共享锁

排他锁和共享锁，它们的核心区别就是是否允许有线程并发。

排他锁（写锁）顾名思义就是排斥他人，它就像你去KTV的包间，你一个人进去了，不管你在里面唱歌跳舞还是睡觉，反正门一关谁也别想进来。在系统当中这就是独占锁，一个线程把资源占住了，其他的读写操作全部排斥，都只能乖乖等着，synchronized和ReentrantLock都是这种锁

但有时候我们不需要这么霸道，比如大家一起看报纸，这就是一种不影响报纸内容的读操作，多少人看都无所谓这就是共享锁（读锁），一个线程占住了读锁其他线程也可以同样拿到读锁，这就是读读并发，但是这个时候如果想要在报纸上涂鸦，这就变成了改变报纸内容的写操作了，他必须得所有看书的人都走了才行，而且他涂鸦的时候谁都不能看。java你想实现共享锁也很容易，可以用ReentrantReadWriteLock，这个强大的工具，它里面就同时维护了读锁和写锁，在读多写少的场景，更多的是使用读锁，能让并发性能原地起飞，这对于性能调优非常的重要

对比项	排他锁（写锁）	共享锁（读锁）
并发性	只允许一个线程持有	可允许多个线程同时读取
是否阻塞	阻塞其他读写线程	仅阻塞写线程，不阻塞其他读线程
性能表现	并发度低	并发度高，适合读多写少场景
Java 实现	`synchronized`、`ReentrantLock`	`ReentrantReadWriteLock.readLock()`
应用场景	秒杀扣库存、数据修改	配置读取、缓存访问

补充：

ReentrantReadWriteLock 内部使用 AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 来实现不同模式的同步控制。
在实际开发中，读多写少的业务逻辑（如缓存读取、系统配置查询）使用共享锁可以显著提升系统吞吐量。
而在写操作频繁或强一致性要求高的场景（如订单状态更新），则更适合使用排他锁。

精简版口述答案：排他锁（写锁）是独占的，一个线程获取后其他线程不能再访问，典型实现是 synchronized 和 ReentrantLock；
共享锁（读锁）允许多个线程同时读取，但写线程必须等待所有读线程释放锁才能写，ReentrantReadWriteLock 就是典型实现。
简单来说，写锁防冲突，读锁提性能，读多写少时用读写锁效果最佳。

4.可重入锁

可重入锁表示同一线程是否可以重复持有自己的锁，这个非常重要因为java中天天用的这个Reentrant它的意思就是可重入的意思，啥叫可重入呢？就是你拿你的钥匙打开了大门进屋了，然后发现你的卧室门也需要同一把钥匙打开，这时候你不需要去找其他钥匙，直接用手里的钥匙去开卧室门。一个线程拿到锁以后，就可以反复进入这个锁保护的代码块而不会被自己锁住，synchronized、ReentrantLock都是可重入的，它们内部有个计数器，你每进去一层就+1出去一层就-1，直到计数器变成0，才算真正把锁还回去。

要是锁是不可重入的，那你进入大门想再开卧室门的时候，发现钥匙已经被大门锁占住了，结果自己把自己锁死在了客厅

口述版本：

可重入锁：

可重入锁允许一个线程多次获取自己已经持有的锁，而不会导致死锁。它通过内部计数器来实现，每进入一次锁，计数器加 1，退出一次减 1，直到计数器为 0 锁才被释放。

举个例子：你有一把钥匙（锁），先打开大门（获取锁），再用同一把钥匙打开卧室门（再次进入锁保护的区域），不需要重新找钥匙。

Java 实现：synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁，ReentrantLock 通过计数器管理锁的重入。

5.`synchronized`的智能升级

核心维度：根据“竞争激烈程度”自动优化锁状态，实现了强大的自动升级功能

我们以一个小故事来讲清楚偏向锁->轻量级锁->重量级锁的演化过程

你们公司有一台共享打印机（表示临界资源），程序员小王和其他同事每天都要用它打印资料。为了不冲突，公司安排了三种打印控制机制来「优化效率」，正好对应 JVM 中的三种锁状态。

锁优化三种形态对比类比

JVM 锁类型	类比打印控制机制	特点
偏向锁（Biased）	打印机记住上一个用户是谁如果是同一个人再次使用，不做任何检查，直接打印	无竞争时性能最好（零开销）
轻量级锁（Lightweight）	多人要打印，先排队轮询查看是否空闲，只要打印机还没结束上一个人的工作，就自旋等待几次	低冲突下仍能保持高性能（无阻塞）
重量级锁（Heavyweight）	冲突太多了，打印任务就被挂起 / 唤醒，由操作系统调度谁先打印	冲突激烈时保障正确性，但性能最差

场景详解

偏向锁（Biased Lock）

小王是第一个用打印机的人
打印机会记住小王的身份
后面只要小王再次来打印，打印机就直接开工，不检查排队系统，因为它 “偏向” 小王

就像对象 MarkWord 中记录了某个线程的 ID，只有当其他线程来竞争才撤销偏向锁

轻量级锁（Lightweight Lock）

小王打印时，小李也来了
打印机会说：“先别挂起，等等看小王是不是很快结束”
小李就在打印机旁边 “自旋等待”
如果小王很快结束了，小李就立即上，没有阻塞、也没有上下文切换

自旋锁本质：用 CPU 忙等来换取线程不挂起

重量级锁（Heavyweight Lock）

现在来了十几个人都要打印，等太久了
打印机会说：“别等了，我排个队号，通知你们一个个来”
系统就开始用 阻塞 → 唤醒 → 再阻塞的方式调度线程

操作系统介入调度，线程切换代价高，效率最低

最后总结：

情况	JVM 锁	打印类比	特点
单线程使用资源	偏向锁	打印机只认上一次的使用者	零开销，最快
少量线程争用	轻量级锁	排队观察是否释放	快速尝试获取锁
多线程激烈争用	重量级锁	线程挂起等待系统调度	安全但慢

补充：Java为了提升synchronized的性能，其实自己也在不断优化，JDK17取消了偏向锁，锁升级变得更加的顺滑

口述版本：

synchronized的智能升级：

synchronized 锁会根据线程竞争的情况自动升级，从而优化性能：

偏向锁（Biased Lock）：
当没有线程竞争时，偏向锁会让同一线程重复获取锁时几乎没有开销。就像打印机记住了上一个用户，下一次他直接使用，不用排队。
轻量级锁（Lightweight Lock）：
当有少量线程竞争时，轻量级锁通过自旋等待的方式减少阻塞，性能较高。类似于多个用户排队等待打印机，只有前一个操作完成才能继续。
重量级锁（Heavyweight Lock）：
当线程竞争激烈时，使用重量级锁，操作系统介入调度线程，代价较高。就像多人争抢打印机时，需要挂起线程排队等候。

总结：