几种常用锁

1. sync (Synchronized - 同步关键字)

• 本质：它是 Java 语言内置的一个关键字 (synchronized)，是一种隐式锁（Implicit Lock）。
• 作用：提供一种简单的、自动的锁管理方式，用于标记一个代码块或方法，确保同一时间只有一个线程能够执行这段代码。
• 工作原理：
  1. 当一个线程进入一个被 synchronized 修饰的代码块或方法时，它会尝试获取与之关联的监视器锁（Monitor Lock）。
  2. 如果锁未被占用，线程获得锁并执行代码。
  3. 如果锁已被其他线程占用，该线程会进入阻塞状态，等待锁被释放。
  4. 当线程执行完毕（正常退出或抛出异常），它会自动释放锁。
• 关键特性：
  • 可重入性：同一线程可以多次进入同一个 synchronized 方法或代码块（因为锁的计数器会递增）。
  • 自动释放：锁会在代码块执行完毕后自动释放，即使发生了异常也会释放（通过 finally 块机制）。
  • 隐式监视器：锁对象通常是 this 或指定的对象实例/类对象（对于静态方法）。
• 优点：语法简洁，使用方便，由 JVM 自动管理锁的获取和释放，不易遗漏。
• 缺点：灵活性较差（只能整块加锁）、性能相对较低（早期版本）、难以进行精细化控制（如超时获取锁、公平性设置）。

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2. ReentrantLock (可重入锁)

• 本质：它是 Java java.util.concurrent.locks 包下的一个显式锁（Explicit Lock） 类。
• 作用：提供比 synchronized 更丰富、更灵活的锁功能。
• 工作原理：
  1. 你需要显式地创建一个 ReentrantLock 实例。
  2. 通过调用 lock() 方法获取锁。
  3. 在 finally 块中调用 unlock() 方法释放锁（这一点非常重要，否则会导致死锁！）。
• 关键特性：
  • 可重入性：同上，支持同一线程多次获取锁。
  • 显式控制：需要手动获取和释放锁，灵活性高。
  • 公平性：可以在构造函数中指定锁的公平性（true 表示公平锁，false 表示非公平锁，默认是非公平锁）。
  • 中断响应：提供了 lockInterruptibly() 方法，允许在等待锁的过程中响应中断。
  • 超时获取：提供了 tryLock(long time, TimeUnit unit) 方法，允许在指定时间内尝试获取锁，超时则返回 false。
  • 条件变量：可以配合 Condition 接口使用，实现更复杂的线程间协作（类似 Object.wait() / notify() 但更强大）。
• 优点：功能强大，灵活可控，性能在某些场景下优于 synchronized（尤其是在 JDK 1.6 之后，两者差距缩小，但 ReentrantLock 仍有优势）。
• 缺点：使用稍微繁琐，需要手动释放锁，容易忘记在 finally 块中释放导致死锁。

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3. Volatile (易失性变量)

• 本质：它是一个变量修饰符，不是一个锁！但它与并发控制密切相关，常被称为“轻量级的同步机制”。
• 作用：确保对一个变量的修改，对其他线程立即可见（可见性）；禁止指令重排序（有序性）。
• 工作原理：
  1. 可见性：当一个线程修改了一个 volatile 变量的值，这个新值会立即强制刷写到主内存中。其他线程在读取这个变量时，会从主内存中读取最新的值，而不是使用本地缓存中的旧值。
  2. 有序性：volatile 变量的读写操作具有“happens-before”关系，禁止编译器和处理器对其进行重排序（除了必要的重排序以保证单线程语义）。
• 关键特性：
  • 不保证原子性：volatile 不能保证复合操作的原子性（例如 i++）。它只保证单个读/写操作的原子性（对于大多数基本类型和引用类型）。
  • 轻量级：相比锁，volatile 的开销要小得多。
• 适用场景：主要用于标记某个状态（如 boolean flag），或者作为状态标志位，指示某个事件的发生。不适合用作计数器或其他需要原子更新的数值。
• 优点：开销小，保证了可见性和有序性。
• 缺点：不能保证原子性，应用场景有限。

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4. CAS (Compare-And-Swap - 比较并交换)

• 本质：它是一种硬件级别的原子操作指令，是许多无锁算法的基础。Java 通过 sun.misc.Unsafe 类或 java.util.concurrent.atomic 包下的原子类间接提供了 CAS 支持。
• 作用：在不使用锁的情况下，实现原子性的变量更新。
• 工作原理：
  1. 有三个参数：内存地址 V，期望值 A，新值 B。
  2. CPU 会比较内存地址 V 上的值是否等于期望值 A。
  3. 如果相等，就把 V 上的值替换为新值 B，并返回 true。
  4. 如果不相等，不做任何操作，并返回 false。
• 关键特性：
  • 原子性：整个过程是原子的，要么全部完成，要么全部不完成。
  • 无锁：不需要加锁，避免了线程阻塞和上下文切换的开销。
  • 乐观锁：属于乐观锁的实现机制。它假设冲突很少发生，所以先尝试更新，失败了再重试（自旋）。
• 优点：性能极高，避免了锁的开销。
• 缺点：
  • ABA 问题：如果一个值从 A 变成 B 又变回 A，CAS 会误以为它从未被修改过。可以通过添加版本号或时间戳来解决。
  • 自旋消耗 CPU：如果 CAS 操作一直失败（竞争激烈），会一直自旋，消耗 CPU 资源。
  • 只能保证一个共享变量的原子操作：对于多个共享变量，CAS 无法直接保证原子性，需要借助其他手段（如 AtomicReferenceFieldUpdater）。

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总结对比

特性	sync (Synchronized)	ReentrantLock	Volatile	CAS
类型	关键字（隐式锁）	类（显式锁）	变量修饰符	原子操作指令
主要作用	保证原子性、可见性、有序性	提供更丰富的锁功能	保证可见性、有序性	实现原子性更新
原子性	✅ (代码块/方法级)	✅ (代码块级)	❌ (仅单次读写)	✅ (单变量)
可见性	✅	✅	✅	❌ (需配合 volatile)
有序性	✅	✅	✅	❌ (需配合 volatile)
可重入	✅	✅	❌	❌
公平性	❌ (非公平)	✅ (可选)	❌	❌
中断响应	❌	✅	❌	❌
超时获取	❌	✅	❌	❌
条件变量	❌ (仅 wait()/notify())	✅	❌	❌
开销	较高	较高（但可控性强）	很低	很低
复杂性	低	中等	低	高（实现层面）
典型用途	通用同步需求	需要精细控制的同步需求	状态标志位	无锁算法、原子变量更新

一句话概括：

• 用 sync 或 ReentrantLock 来保护临界区。
• 用 volatile 来保证单个变量的可见性和有序性。
• 用 CAS 来实现原子性更新，是构建无锁数据结构的基石。