[go 面试] 深入理解并发控制：掌握锁的精髓

在并发编程中，锁是保障共享资源安全访问的重要机制。本文将深入探讨不同类型的锁、公平锁与非公平锁的对比、乐观锁与悲观锁的选择以及信号量与锁的区别，助你更好地应对并发场景。

1. 锁的种类

1.1 互斥锁（Mutex Lock）

互斥锁是最基本的锁类型，用于保护共享资源。同一时间只允许一个线程或进程获取锁，其他的线程或进程需要等待锁的释放。

1.2 读写锁（Read-Write Lock）

读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程进行写入操作。读操作之间不会互斥，而写操作必须独占锁。

1.3 自旋锁（Spin Lock）

自旋锁在多核系统中使用，当线程请求锁时，它会等待直到获取到锁。相比于互斥锁，自旋锁避免了线程切换的开销，适用于锁竞争时间短暂的情况。

1.4 读写自旋锁（Read-Write Spin Lock）

优化的读写锁，适用于读操作频繁、写操作较少的场景，提高读操作的并发性能。

1.5 条件变量（Condition Variable）

用于线程之间的同步和通信，让线程等待某个条件的满足，并在条件满足时通知等待的线程继续执行。

1.6 信号量（Semaphore）

一种计数器，用于控制对共享资源的访问，限制同时访问资源的线程或进程数量。

1.7 递归锁（Recursive Lock）

允许同一个线程或进程多次获取同一个锁，避免了死锁情况的发生。

2. 公平锁 / 非公平锁

2.1 公平锁

保证锁获取的顺序与线程请求锁的顺序相一致，避免饥饿问题，但可能会导致额外的线程切换开销。

2.2 非公平锁

不保证锁获取顺序与线程请求锁的顺序一致，减少线程切换开销，提高锁的吞吐量，但可能导致某些线程长时间获取不到锁，出现饥饿问题。
选择公平锁或非公平锁取决于具体的应用场景和需求。

3. 乐观锁 / 悲观锁

3.1 悲观锁

保守的策略，假设并发环境下会有其他线程对共享资源进行修改，因此在访问共享资源之前会将其锁定。

3.2 乐观锁

更为乐观的策略，假设并发冲突较少发生，在操作之后检查是否有其他线程对该资源进行了修改。
选择乐观锁还是悲观锁取决于应用场景，悲观锁适用于对数据一致性要求较高的情况，而乐观锁适用于读多写少的情况。

4. 信号量和锁的区别

信号量用于控制对共享资源的访问数量，可以限制同时访问资源的线程或进程数量。锁用于保护单个共享资源的互斥访问。信号量更适合控制并发访问数量，而锁更适合保护单个资源的安全访问。
在实际应用中，选择合适的锁类型、调度策略，以及并发控制机制，将有助于提高系统的稳定性和性能。