1、重入鎖
鎖作爲併發共享數據，保證一致性的工具，在JAVA平臺有多種實現(如 synchronized（重量級） 和 ReentrantLock(輕量級)等等 ) 。這些已經寫好提供的鎖爲我們開發提供了便利。
重入鎖，也叫做遞歸鎖，指的是同一線程，外層函數獲得鎖之後 ，內層遞歸函數仍然有獲取該鎖的代碼，但不受影響。
在JAVA環境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入鎖。
案例（1）：
public class Test implements Runnable {
public synchronized void get() {
System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " get();");
set();
}
public synchronized void set() {
System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " set();");
}
@Override
public void run() {
get();
}
public static void main(String[] args) {
Test ss = new Test();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
}
}
案例（2）：
public class Test02 extends Thread {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void get() {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getId());
set();
lock.unlock();
}
public void set() {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getId());
lock.unlock();
}
@Override
public void run() {
get();
}
public static void main(String[] args) {
Test ss = new Test();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
new Thread(ss).start();
}
}
2、讀寫鎖
相比Java中的鎖(Locks in Java)裏Lock實現，讀寫鎖更復雜一些。假設你的程序中涉及到對一些共享資源的讀和寫操作，且寫操作沒有讀操作那麼頻繁。在沒有寫操作的時候，兩個線程同時讀一個資源沒有任何問題，所以應該允許多個線程能在同時讀取共享資源。但是如果有一個線程想去寫這些共享資源，就不應該再有其它線程對該資源進行讀或寫（譯者注：也就是說：讀-讀能共存，讀-寫不能共存，寫-寫不能共存）。這就需要一個讀/寫鎖來解決這個問題。Java5在java.util.concurrent包中已經包含了讀寫鎖。儘管如此，我們還是應該瞭解其實現背後的原理。
案例：
public class Cache {
static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
static Lock r = rwl.readLock();
static Lock w = rwl.writeLock();
// 獲取一個key對應的value
public static final Object get(String key) {
r.lock();
try {
System.out.println("正在做讀的操作,key:" + key + " 開始");
Thread.sleep(100);
Object object = map.get(key);
System.out.println("正在做讀的操作,key:" + key + " 結束");
System.out.println();
return object;
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
r.unlock();
}
return key;
}
// 設置key對應的value，並返回舊有的value
public static final Object put(String key, Object value) {
w.lock();
try {
System.out.println("正在做寫的操作,key:" + key + ",value:" + value + "開始.");
Thread.sleep(100);
Object object = map.put(key, value);
System.out.println("正在做寫的操作,key:" + key + ",value:" + value + "結束.");
System.out.println();
return object;
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
w.unlock();
}
return value;
}
// 清空所有的內容
public static final void clear() {
w.lock();
try {
map.clear();
} finally {
w.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Cache.put(i + "", i + "");
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Cache.get(i + "");
}
}
}).start();
}
}
3、悲觀鎖、樂觀鎖
3.1、樂觀鎖
總是認爲不會產生併發問題，每次去取數據的時候總認爲不會有其他線程對數據進行修改，因此不會上鎖，但是在更新時會判斷其他線程在這之前有沒有對數據進行修改，一般會使用版本號機制或CAS操作實現。
（1）version方式：一般是在數據表中加上一個數據版本號version字段，表示數據被修改的次數，當數據被修改時，version值會加一。當線程A要更新數據值時，在讀取數據的同時也會讀取version值，在提交更新時，若剛纔讀取到的version值爲當前數據庫中的version值相等時才更新，否則重試更新操作，直到更新成功。
樂觀鎖原理：
核心SQL語句：
update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};
（2）CAS操作方式：即compare and swap 或者 compare and set，涉及到三個操作數，數據所在的內存值，預期值，新值。當需要更新時，判斷當前內存值與之前取到的值是否相等，若相等，則用新值更新，若失敗則重試，一般情況下是一個自旋操作，即不斷的重試。
3.2、悲觀鎖
總是假設最壞的情況，每次取數據時都認爲其他線程會修改，所以都會加鎖（讀鎖、寫鎖、行鎖等），當其他線程想要訪問數據時，都需要阻塞掛起。可以依靠數據庫實現，如行鎖、讀鎖和寫鎖等，都是在操作之前加鎖，在Java中，synchronized的思想也是悲觀鎖。
4、原子類
java.util.concurrent.atomic包：原子類的小工具包，支持在單個變量上解除鎖的線程安全編程。
原子變量類相當於一種泛化的 volatile 變量，能夠支持原子的和有條件的讀-改-寫操作。AtomicInteger 表示一個int類型的值，並提供了 get 和 set 方法，這些 Volatile 類型的int變量在讀取和寫入上有着相同的內存語義。它還提供了一個原子的 compareAndSet 方法（如果該方法成功執行，那麼將實現與讀取/寫入一個 volatile 變量相同的內存效果），以及原子的添加、遞增和遞減等方法。AtomicInteger 表面上非常像一個擴展的 Counter 類，但在發生競爭的情況下能提供更高的可伸縮性，因爲它直接利用了硬件對併發的支持。
Java中的原子操作類大致可以分爲4類：原子更新基本類型、原子更新數組類型、原子更新引用類型、原子更新屬性類型。這些原子類中都是用了無鎖的概念，有的地方直接使用CAS操作的線程安全的類型。如果同一個變量要被多個線程訪問，則可以使用該包中的類：
AtomicBoolean
AtomicInteger
AtomicLong
AtomicReference
案例：
public class Test0001 implements Runnable {
private static Integer count = 1;
private static AtomicInteger atomic = new AtomicInteger();
@Override
public void run() {
while (true) {
int count = getCountAtomic();
System.out.println(count);
if (count >= 150) {
break;
}
}
}
public synchronized Integer getCount() {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
return count++;
}
public Integer getCountAtomic() {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
return atomic.incrementAndGet();
}
public static void main(String[] args) {
Test0001 test0001 = new Test0001();
Thread t1 = new Thread(test0001);
Thread t2 = new Thread(test0001);
t1.start();
t2.start();
}
}
5、CAS無鎖模式
5.1、爲什麼會有原子類
CAS：Compare and Swap，即比較再交換。
jdk5增加了併發包java.util.concurrent.*,其下面的類使用CAS算法實現了區別於synchronouse同步鎖的一種樂觀鎖。JDK 5之前Java語言是靠synchronized關鍵字保證同步的，這是一種獨佔鎖，也是是悲觀鎖。
5.2、CAS算法理解
（1）與鎖相比，使用比較交換（下文簡稱CAS）會使程序看起來更加複雜一些。但由於其非阻塞性，它對死鎖問題天生免疫，並且，線程間的相互影響也遠遠比基於鎖的方式要小。更爲重要的是，使用無鎖的方式完全沒有鎖競爭帶來的系統開銷，也沒有線程間頻繁調度帶來的開銷，因此，它要比基於鎖的方式擁有更優越的性能。
（2）無鎖的好處：
- 在高併發的情況下，它比有鎖的程序擁有更好的性能；
- 它天生就是死鎖免疫的。
（3）CAS算法的過程是這樣：它包含三個參數CAS(V,E,N): V表示要更新的變量，E表示預期值，N表示新值。僅當V值等於E值時，纔會將V的值設爲N，如果V值和E值不同，則說明已經有其他線程做了更新，則當前線程什麼都不做。最後，CAS返回當前V的真實值。
（4）CAS操作是抱着樂觀的態度進行的，它總是認爲自己可以成功完成操作。當多個線程同時使用CAS操作一個變量時，只有一個會勝出，併成功更新，其餘均會失敗。失敗的線程不會被掛起，僅是被告知失敗，並且允許再次嘗試，當然也允許失敗的線程放棄操作。基於這樣的原理，CAS操作即使沒有鎖，也可以發現其他線程對當前線程的干擾，並進行恰當的處理。
（5）簡單地說，CAS需要你額外給出一個期望值，也就是你認爲這個變量現在應該是什麼樣子的。如果變量不是你想象的那樣，那說明它已經被別人修改過了。你就重新讀取，再次嘗試修改就好了。
（6）在硬件層面，大部分的現代處理器都已經支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以後，虛擬機便可以使用這個指令來實現併發操作和併發數據結構，並且，這種操作在虛擬機中可以說是無處不在。
5.3、CAS（樂觀鎖算法）的基本假設前提
CAS比較與交換的僞代碼可以表示爲：
do{
備份舊數據；
基於舊數據構造新數據；
}while(!CAS( 內存地址，備份的舊數據，新數據 ))
例如：
（上圖的解釋：CPU去更新一個值，但如果想改的值不再是原來的值，操作就失敗，因爲很明顯，有其它操作先改變了這個值。）
就是指當兩者進行比較時，如果相等，則證明共享數據沒有被修改，替換成新值，然後繼續往下運行；如果不相等，說明共享數據已經被修改，放棄已經所做的操作，然後重新執行剛纔的操作。容易看出 CAS 操作是基於共享數據不會被修改的假設，採用了類似於數據庫的 commit-retry 的模式。當同步衝突出現的機會很少時，這種假設能帶來較大的性能提升。
案例：
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
int v;
do {
v = getIntVolatile(o, offset);
} while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
return v;
}
案例：
/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* @return the updated value
*/
public final int incrementAndGet() {
for (;;) {
//獲取當前值
int current = get();
//設置期望值
int next = current + 1;
//調用Native方法compareAndSet，執行CAS操作
if (compareAndSet(current, next))
//成功後纔會返回期望值，否則無線循環
return next;
}
}
5.4、CAS缺點
CAS存在一個很明顯的問題，即ABA問題。
問題：如果變量V初次讀取的時候是A，並且在準備賦值的時候檢查到它仍然是A，那能說明它的值沒有被其他線程修改過了嗎？
如果在這段期間曾經被改成B，然後又改回A，那CAS操作就會誤認爲它從來沒有被修改過。針對這種情況，java併發包中提供了一個帶有標記的原子引用類AtomicStampedReference，它可以通過控制變量值的版本來保證CAS的正確性。