⭐ 题目日期：

京东 - 2024/12/26

📝 题解：

在Java中，锁是并发编程的核心工具，用于控制多线程对共享资源的访问。以下是Java中常见的锁机制及其分类：

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一、按锁的实现方式分类

1. 内置锁（隐式锁）

• 关键字：synchronized
  • 用法：修饰方法或代码块。
  • 特性：
    • 可重入：同一线程可重复获取同一锁。
    • 非公平锁：默认抢占式获取锁，不保证线程等待顺序。
    • 自动释放：代码块执行完毕或抛出异常时自动释放锁。
  • 示例：

    public synchronized void method() { ... }  // 同步方法
    public void block() {
        synchronized (this) { ... }            // 同步代码块
    }

2. 显式锁（java.util.concurrent.locks 包）

• 核心类：ReentrantLock
  • 特性：
    • 可重入：同内置锁。
    • 支持公平性：可指定为公平锁（按等待顺序获取）或非公平锁。
    • 灵活控制：支持尝试获取锁（tryLock()）、超时等待（tryLock(timeout)）、可中断（lockInterruptibly()）。
  • 示例：

    ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); // 公平锁
    lock.lock();
    try {
        // 临界区
    } finally {
        lock.unlock();
    }

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二、按锁的用途分类

1. 读写锁（ReentrantReadWriteLock）

• 核心思想：读共享，写独占。
  • 读锁（共享锁）：允许多个线程同时读。
  • 写锁（排他锁）：同一时间仅一个线程可写。
  • 适用场景：读多写少的高并发场景（如缓存）。
  • 示例：

    ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
    rwLock.readLock().lock();    // 获取读锁
    rwLock.writeLock().lock();   // 获取写锁

2. 乐观锁（无锁编程）

• 实现方式：CAS（Compare and Swap）操作，如 AtomicInteger、AtomicReference。
  • 原理：通过版本号或值比较实现原子更新。
  • 优点：避免线程阻塞，适用于低竞争场景。
  • 示例：

    AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
    counter.incrementAndGet();   // 原子递增

3. 分布式锁

• 场景：跨进程或跨机器的资源同步。
• 实现方式：依赖外部系统（如Redis、ZooKeeper）。
  • Redis实现：使用 SETNX 命令或 RedLock 算法。
  • ZooKeeper实现：通过临时顺序节点实现。

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三、按锁的特性分类

1. 可重入锁

• 定义：线程可重复获取已持有的锁（避免死锁）。
• 实现：synchronized、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock。

2. 公平锁 vs 非公平锁

• 公平锁：按线程等待顺序分配锁（ReentrantLock(true)）。
• 非公平锁：允许线程插队（默认模式，吞吐量更高）。

3. 悲观锁 vs 乐观锁

• 悲观锁：假设会发生竞争，直接加锁（如 synchronized）。
• 乐观锁：假设无竞争，通过版本控制实现（如 CAS）。

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四、高级锁工具

1. StampedLock（Java 8+）

• 特点：支持乐观读、读写锁升级/降级。
  • 乐观读：不阻塞写操作，读后需验证数据一致性。
  • 适用场景：读远多于写，且读操作较耗时。
  • 示例：

    StampedLock lock = new StampedLock();
    long stamp = lock.tryOptimisticRead(); // 乐观读
    if (!lock.validate(stamp)) {           // 验证是否被修改
        stamp = lock.readLock();           // 退化为悲观读
    }

2. LockSupport

• 底层工具：直接操作线程的阻塞与唤醒。
  • 核心方法：
    • park()：阻塞当前线程。
    • unpark(Thread)：唤醒指定线程。
  • 用途：实现自定义同步器（如AQS）。

3. Condition

• 与显式锁配合：替代 Object.wait()/notify()，提供更灵活的等待/通知机制。
  • 示例：

    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    lock.lock();
    try {
        condition.await();      // 等待
        condition.signal();      // 唤醒
    } finally {
        lock.unlock();
    }

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五、锁的性能与选择建议

场景	推荐锁类型	理由
简单同步	synchronized	代码简洁，JVM自动优化（如锁升级）。
高竞争、灵活控制	ReentrantLock	支持超时、中断、公平性。
读多写少	ReentrantReadWriteLock	提升读并发性能。
读远多于写，长读操作	StampedLock（乐观读）	减少写线程阻塞。
无锁编程（低竞争）	CAS（如 AtomicInteger）	避免线程上下文切换。

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六、锁的注意事项

1. 死锁预防：避免嵌套锁、使用超时机制。
2. 锁粒度：尽量减小锁的作用范围（如锁代码块而非方法）。
3. 性能监控：关注锁竞争（如JVM参数 -XX:+PrintLockStatistics）。

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通过合理选择锁机制，可以显著提升多线程程序的性能和稳定性。理解每种锁的特性和适用场景是关键！