Java的独占锁和共享锁，你了解了么？

公平锁

Java 中的公平锁是一种多线程同步机制，它试图按照线程请求锁的顺序来分配锁。公平锁的主要目标是避免“线程饥饿”问题，即某些线程长时间得不到执行的情况。

在 Java 的 java.util.concurrent.locks 包中，ReentrantLock 是一个可重入的互斥锁，它提供了公平锁和非公平锁两种策略。当你创建一个 ReentrantLock 实例时，可以指定它是否为公平锁：

// 创建一个公平锁  
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

在公平锁策略中，等待时间最长的线程将获得锁。公平锁通过维护一个队列来跟踪等待锁的线程，并按照它们进入队列的顺序为它们分配锁。然而，需要注意的是，公平锁并不能完全保证公平性，因为线程调度仍然受到操作系统和 JVM 的影响。

公平锁的一个主要缺点是性能。由于需要维护一个队列来跟踪等待锁的线程，并且在线程释放锁时需要唤醒等待队列中的下一个线程，因此公平锁通常比非公平锁具有更高的开销。此外，在高并发场景下，公平锁可能会导致更高的上下文切换率，从而降低系统性能。

非公平锁

其实我们在看到了上面的公平锁之后，那么就很容易的去了解这个非公平锁，因为非公平锁是与公平锁相对的一种多线程同步机制。在非公平锁策略中，锁的分配并不保证按照线程请求锁的顺序来进行。这意味着，即使有一个线程已经等待了很长时间，新到来的线程仍然有可能立即获得锁。

非公平锁通常具有更高的吞吐量，因为它们减少了维护等待队列所需的开销。当线程尝试获取锁时，它不必检查或加入等待队列，而是直接尝试获取锁。如果锁当前可用，线程就可以立即获得锁并执行，而不需要等待其他线程。

在 Java 的 java.util.concurrent.locks 包中，ReentrantLock 类的默认构造函数创建的就是一个非公平锁：

// 创建一个非公平锁  
ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock();

非公平锁的优势在于它们通常能够更有效地利用系统资源，特别是在高并发场景下。由于减少了线程间的切换和等待，非公平锁通常能够提供更高的性能。

然而，非公平锁的一个潜在缺点是它们可能会导致线程饥饿。如果有一个或多个线程持续地被新到来的线程抢占，那么这些等待的线程可能会长时间得不到执行。这种情况在高负载或资源竞争激烈的系统中尤其可能发生。

在选择使用公平锁还是非公平锁时，应该根据应用程序的具体需求进行权衡。如果系统对公平性有严格要求，或者想要避免线程饥饿问题，那么公平锁可能是一个更好的选择。如果系统更关注性能，并且可以接受一定程度的不公平性，那么非公平锁可能更加合适。

共享锁

在Java中，共享锁（Shared Lock）是一种允许多个线程同时读取资源，但在写入资源时只允许一个线程独占的锁。这种锁通常用于提高读取操作的并发性，因为读取操作通常不会修改数据，所以允许多个线程同时进行读取是安全的。

Java的java.util.concurrent.locks包中的ReentrantReadWriteLock类就是一种实现了共享锁和独占锁（排他锁）机制的读写锁。在这个锁中，读锁是共享的，写锁是独占的。

我们来看看示例代码：

ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();  
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();  
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();  
  
// 读取数据时获取读锁  
readLock.lock();  
try {  
    // 读取共享资源  
} finally {  
    readLock.unlock();  
}  
  
// 修改数据时获取写锁  
writeLock.lock();  
try {  
    // 修改共享资源  
} finally {  
    writeLock.unlock();  
}

在上面的代码中，多个线程可以同时获取读锁来读取数据，但当一个线程获取了写锁时，其他线程既不能获取读锁也不能获取写锁，直到写锁被释放。

ReentrantReadWriteLock有两种模式：公平模式和非公平模式。在公平模式下，等待时间最长的线程将优先获得锁；而在非公平模式下，锁的分配不保证任何特定的顺序，新到来的线程可能立即获得锁。

要注意的是，尽管读锁是共享的，但写锁是独占的，并且写锁具有更高的优先级。这意味着当一个线程持有写锁时，其他线程无法获取读锁或写锁。此外，如果一个线程正在读取数据，并且有其他线程请求写锁，那么写线程将会被阻塞，直到所有读线程释放读锁。

ReentrantReadWriteLock的读锁和写锁都是可重入的，这意味着一个线程可以多次获取同一个锁而不会导致死锁。

使用共享锁可以显著提高读取密集型应用的性能，因为它允许多个读取线程并发执行，而写入密集型应用可能会因为写锁的竞争而受到限制。

独占锁

在Java中，独占锁（Exclusive Lock）是一种同步机制，它确保在给定时间内只有一个线程能够访问特定的资源或代码块。当一个线程持有独占锁时，其他试图获取同一锁的线程将会被阻塞，直到持有锁的线程释放该锁。

java.util.concurrent.locks包中的ReentrantLock就是一种独占锁（也被称为排他锁或互斥锁）的实现。此外，synchronized关键字在Java中也被用作实现独占锁的一种方式。

我们看看独占锁的示例代码：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  
public class ExclusiveLockExample {  
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();  
    private int sharedData;  
  
    public void updateData(int newValue) {  
        lock.lock(); // 获取独占锁  
        try {  
            // 在此区域内只有一个线程能够执行  
            sharedData = newValue;  
        } finally {  
            lock.unlock(); // 释放独占锁  
        }  
    }  
  
    public int readData() {  
        lock.lock(); // 获取独占锁以进行读取（虽然通常读取操作可以使用读锁来允许多个线程并发读取）  
        try {  
            // 在此区域内只有一个线程能够执行  
            return sharedData;  
        } finally {  
            lock.unlock(); // 释放独占锁  
        }  
    }  
}

在这个例子中，updateData和readData方法都使用了独占锁来确保同时只有一个线程能够访问sharedData变量。

上面这个示例是使用的ReentrantLock的独占锁，既然我们说了 synchronized 关键字也是可以的，我们看看使用这个 synchronized 关键字的独占锁：

public class SynchronizedExample {  
    private int sharedData;  
  
    public synchronized void updateData(int newValue) {  
        // 在此区域内只有一个线程能够执行  
        sharedData = newValue;  
    }  
  
    public synchronized int readData() {  
        // 在此区域内只有一个线程能够执行  
        return sharedData;  
    }  
}

在synchronized这个例子中，updateData和readData方法都被声明为synchronized，这意味着它们在同一时间内只能由一个线程访问。synchronized关键字提供了一种简便的方式来实现独占锁，而不需要显式地创建锁对象。

独占锁对于保护临界区（critical sections）非常有用，临界区是一段代码，它访问或修改共享资源，并且必须被串行执行以防止数据不一致。然而，独占锁可能会降低并发性，因为它阻止了多个线程同时访问被保护的资源。因此，在设计并发系统时，需要仔细权衡独占锁的使用。

所以关于这四种锁，你了解了么？