在讀很多併發文章中，會提及各種各樣鎖如公平鎖，樂觀鎖等等，這篇文章介紹各種鎖的分類。介紹的內容如下：
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公平鎖/非公平鎖
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可重入鎖
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獨享鎖/共享鎖
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互斥鎖/讀寫鎖
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樂觀鎖/悲觀鎖
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分段鎖
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偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖
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自旋鎖
上面是很多鎖的名詞，這些分類並不是全是指鎖的狀態，有的指鎖的特性，有的指鎖的設計，下面總結的內容是對每個鎖的名詞進行一定的解釋。
公平鎖/非公平鎖
公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。
非公平鎖是指多個線程獲取鎖的順序並不是按照申請鎖的順序，有可能後申請的線程比先申請的線程優先獲取鎖。有可能，會造成優先級反轉或者飢餓現象。
對於Java ReentrantLock而言，通過構造函數指定該鎖是否是公平鎖，默認是非公平鎖。非公平鎖的優點在於吞吐量比公平鎖大。
對於Synchronized而言，也是一種非公平鎖。由於其並不像ReentrantLock是通過AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的來實現線程調度，所以並沒有任何辦法使其變成公平鎖。
可重入鎖
可重入鎖又名遞歸鎖，是指在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候，在進入內層方法會自動獲取鎖。說的有點抽象，下面會有一個代碼的示例。
對於Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一個可重入鎖，其名字是Re entrant Lock重新進入鎖。
對於Synchronized而言，也是一個可重入鎖。可重入鎖的一個好處是可一定程度避免死鎖。
synchronized void setA() throws Exception {
Thread.sleep(1000);
setB();
}
synchronized void setB() throws Exception {
Thread.sleep(1000);
}
上面的代碼就是一個可重入鎖的一個特點，如果不是可重入鎖的話，setB可能不會被當前線程執行，可能造成死鎖。
獨享鎖/共享鎖
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獨享鎖是指該鎖一次只能被一個線程所持有。
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共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有。
對於Java ReentrantLock而言，其是獨享鎖。但是對於Lock的另一個實現類ReadWriteLock，其讀鎖是共享鎖，其寫鎖是獨享鎖。
讀鎖的共享鎖可保證併發讀是非常高效的，讀寫，寫讀 ，寫寫的過程是互斥的。
獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實現的，通過實現不同的方法，來實現獨享或者共享。
對於Synchronized而言，當然是獨享鎖。
互斥鎖/讀寫鎖
上面講的獨享鎖/共享鎖就是一種廣義的說法，互斥鎖/讀寫鎖就是具體的實現。
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互斥鎖在Java中的具體實現就是
ReentrantLock -
讀寫鎖在Java中的具體實現就是
ReadWriteLock
樂觀鎖/悲觀鎖
樂觀鎖與悲觀鎖不是指具體的什麼類型的鎖，而是指看待併發同步的角度。
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悲觀鎖認爲對於同一個數據的併發操作，一定是會發生修改的，哪怕沒有修改，也會認爲修改。因此對於同一個數據的併發操作，悲觀鎖採取加鎖的形式。悲觀的認爲，不加鎖的併發操作一定會出問題。
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樂觀鎖則認爲對於同一個數據的併發操作，是不會發生修改的。在更新數據的時候，會採用嘗試更新，不斷重新的方式更新數據。樂觀的認爲，不加鎖的併發操作是沒有事情的。
從上面的描述我們可以看出，悲觀鎖適合寫操作非常多的場景，樂觀鎖適合讀操作非常多的場景，不加鎖會帶來大量的性能提升。
悲觀鎖在Java中的使用，就是利用各種鎖。
樂觀鎖在Java中的使用，是無鎖編程，常常採用的是CAS算法，典型的例子就是原子類，通過CAS自旋實現原子操作的更新。
分段鎖
分段鎖其實是一種鎖的設計，並不是具體的一種鎖，對於ConcurrentHashMap而言，其併發的實現就是通過分段鎖的形式來實現高效的併發操作。
我們以ConcurrentHashMap來說一下分段鎖的含義以及設計思想，ConcurrentHashMap中的分段鎖稱爲Segment，它即類似於HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實現）的結構，即內部擁有一個Entry數組，數組中的每個元素又是一個鏈表；同時又是一個ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。
當需要put元素的時候，並不是對整個hashmap進行加鎖，而是先通過hashcode來知道他要放在哪一個分段中，然後對這個分段進行加鎖，所以當多線程put的時候，只要不是放在一個分段中，就實現了真正的並行的插入。
但是，在統計size的時候，可就是獲取hashmap全局信息的時候，就需要獲取所有的分段鎖才能統計。
分段鎖的設計目的：是細化鎖的粒度，當操作不需要更新整個數組的時候，就僅僅針對數組中的一項進行加鎖操作。
偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖
這三種鎖是指鎖的狀態，並且是針對Synchronized。在Java 5通過引入鎖升級的機制來實現高效Synchronized。這三種鎖的狀態是通過對象監視器在對象頭中的字段來表明的。
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偏向鎖： 是指一段同步代碼一直被一個線程所訪問，那麼該線程會自動獲取鎖。降低獲取鎖的代價。
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輕量級鎖： 是指當鎖是偏向鎖的時候，被另一個線程所訪問，偏向鎖就會升級爲輕量級鎖，其他線程會通過自旋的形式嘗試獲取鎖，不會阻塞，提高性能。
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重量級鎖： 是指當鎖爲輕量級鎖的時候，另一個線程雖然是自旋，但自旋不會一直持續下去，當自旋一定次數的時候，還沒有獲取到鎖，就會進入阻塞，該鎖膨脹爲重量級鎖。重量級鎖會讓其他申請的線程進入阻塞，性能降低。
自旋鎖
在Java中，自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞，而是採用循環的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗，缺點是循環會消耗CPU。典型的自旋鎖實現的例子，可以參考自旋鎖的實現
偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖的區別與膨脹
在Java SE 1.6中，鎖一共有4種狀態，級別從低到高依次是：無鎖狀態、偏向鎖狀態、輕量級鎖狀態、重量級鎖狀態。這幾個狀態會隨着競爭情況逐漸升級。鎖可以升級但不能降級，意味着偏向鎖升級爲輕量級鎖後不能降級成偏向鎖。這種鎖升級卻不能降級的策略，目的是爲了提高獲得鎖和釋放鎖的效率。
偏向鎖
Hotspot 的作者經過以往的研究發現大多數情況下鎖不僅不存在多線程競爭，而且總是由同一線程多次獲得，爲了讓線程獲得鎖的代價更低而引入了偏向鎖。當一個線程訪問同步塊並獲取鎖時，會在對象頭和棧幀中的鎖記錄裏存儲鎖偏向的線程 ID，以後該線程在進入和退出同步塊時不需要花費CAS操作來加鎖和解鎖，而只需簡單的測試一下對象頭的Mark Word裏是否存儲着指向當前線程的偏向鎖，如果測試成功，表示線程已經獲得了鎖，如果測試失敗，則需要再測試下 Mark Word中偏向鎖的標識是否設置成 1（表示當前是偏向鎖），如果沒有設置，則使用 CAS 競爭鎖，如果設置了，則嘗試使用 CAS 將對象頭的偏向鎖指向當前線程。
偏向鎖的撤銷： 偏向鎖使用了一種等到競爭出現才釋放鎖的機制，所以當其他線程嘗試競爭偏向鎖時，持有偏向鎖的線程纔會釋放鎖。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有字節碼正在執行），它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，然後檢查持有偏向鎖的線程是否活着，如果線程不處於活動狀態，則將對象頭設置成無鎖狀態，如果線程仍然活着，擁有偏向鎖的棧會被執行，遍歷偏向對象的鎖記錄，棧中的鎖記錄和對象頭的Mark Word要麼重新偏向於其他線程，要麼恢復到無鎖或者標記對象不適合作爲偏向鎖，最後喚醒暫停的線程。
輕量級鎖
輕量級鎖加鎖： 線程在執行同步塊之前， JVM會先在當前線程的棧楨中創建用於存儲鎖記錄的空間，並將對象頭中的Mark Word複製到鎖記錄中，官方稱爲Displaced Mark Word。然後線程嘗試使用 CAS 將對象頭中的Mark Word替換爲指向鎖記錄的指針。如果成功，當前線程獲得鎖，如果失敗，表示其他線程競爭鎖，當前線程便嘗試使用自旋來獲取鎖。如果有兩條以上的線程爭用同一個鎖，那輕量級鎖就不再有效，要膨脹爲重量級鎖，鎖標誌的狀態值變爲”10”，Mark Word中存儲的就是指向重量級（互斥量）的指針。
輕量級鎖解鎖： 輕量級解鎖時，會使用原子的 CAS 操作來將Displaced Mark Word替換回到對象頭，如果成功，則表示沒有競爭發生。如果失敗，表示當前鎖存在競爭，鎖就會膨脹成重量級鎖。
偏向所鎖，輕量級鎖都是樂觀鎖，重量級鎖是悲觀鎖。
一個對象剛開始實例化的時候，沒有任何線程來訪問它的時候。它是可偏向的，意味着，它現在認爲只可能有一個線程來訪問它，所以當第一個線程來訪問它的時候，它會偏向這個線程，此時，對象持有偏向鎖。偏向第一個線程，這個線程在修改對象頭成爲偏向鎖的時候使用CAS操作，並將對象頭中的ThreadID改成自己的ID，之後再次訪問這個對象時，只需要對比ID，不需要再使用CAS在進行操作。
一旦有第二個線程訪問這個對象，因爲偏向鎖不會主動釋放，所以第二個線程可以看到對象時偏向狀態，這時表明在這個對象上已經存在競爭了，檢查原來持有該對象鎖的線程是否依然存活，如果掛了，則可以將對象變爲無鎖狀態，然後重新偏向新的線程，如果原來的線程依然存活，則馬上執行那個線程的操作棧，檢查該對象的使用情況，如果仍然需要持有偏向鎖，則偏向鎖升級爲輕量級鎖，（偏向鎖就是這個時候升級爲輕量級鎖的）。如果不存在使用了，則可以將對象回覆成無鎖狀態，然後重新偏向。
輕量級鎖認爲競爭存在，但是競爭的程度很輕，一般兩個線程對於同一個鎖的操作都會錯開，或者說稍微等待一下（自旋），另一個線程就會釋放鎖。 但是當自旋超過一定的次數，或者一個線程在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖膨脹爲重量級鎖，重量級鎖使除了擁有鎖的線程以外的線程都阻塞，防止CPU空轉。
偏向鎖/輕量級鎖/重量級鎖的優缺點對比
| 鎖 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 偏向鎖 | 加鎖和解鎖不需要額外的消耗，和執行非同步方法相比僅存在納秒級的差距 | 如果線程間存在鎖競爭，會帶來額外的鎖撤銷的消耗 | 適用於只有一個線程訪問同步塊場景 |
| 輕量級鎖 | 競爭的線程不會阻塞，提高了程序的響應速度 | 如果始終得不到鎖競爭的線程，使用自旋會消耗CPU | 追求響應時間 同步塊執行速度非常快 |
| 重量級鎖 | 線程競爭不使用自旋，不會消耗CPU | 線程阻塞，響應時間緩慢 | 追求吞吐量 同步塊執行速度較長 |
