锁的分类是从不同角度去看的。同一个锁也可以同时属于多种类型。
1. 互斥同步锁的劣势
- 阻塞和唤醒会带来性能的劣势
- 用户态和核心态切换
- 上下文切换
- 检查是否有被阻塞线程需要被唤醒
- 等等
- 可能出现永久阻塞的问题：持有锁的线程永久阻塞了，比如遇到无限循环、死锁等活跃性问题，那么等待该线程释放锁的那几个线程将永远不能执行。
- 优先级反转：如果我们为线程设置了优先级，想让优先级低的线程少运行，优先级高的线程多运行，但是一旦优先级低的线程拿到锁后释放得很慢，或者不释放， 就会导致优先级虽然很高，但实际执行起来很低的情况，导致优先级错乱
2. 悲观锁
每次悲观锁为了确保结果的正确性会在每次修改数据时把数据锁住，让别人无法访问该数据，这样就可以确保数据内容的万无一失。
3. 乐观锁
乐观锁认为自己在处理操作的时候，不会有其他线程来干扰，所以并不会锁住被操作对象。在更新的时候，去对比在我修改期间数据有没有被他人改变过，如果没有改变过，就说明只有自己操作过，那就正常去修改数据，如果被别人修改过，则不对数据进行修改了，选择放弃、报错重试等策略。
乐观锁的实现一般都是利用cas算法。
4. 典型例子
4.1 git
git 就是乐观锁的典型例子，当我们往远端仓库 push 的时候，git 会检查远端仓库的版本是不是领先于我们现在的版本，如果远程仓库的版本号和本地的不一样，就表示有其他人修改了远端代码了，我们的这次提交就失败；如果远端和本地版本号一致，我们就可以顺利提交版本到远端仓库
4.2 数据库
select for update 就是悲观锁
每次获取商品时，对该商品加排他锁。也就是在用户a获取获取 id=1 的商品信息时对该行记录加锁，期间其他用户阻塞等待访问该记录。悲观锁适合写入频繁的场景。
begin;
select * from table where id = 1 for update;
update set num = num - 1 where id = 1;
commit;
update goods set stock = stock - 1 where id = 1;
用version控制数据库就是乐观锁
添加一个字段 lock_ version
先查询这个更新语句的 version：
select * from goods where id = 1;
然后
begin;
update goods set num = 2, version = version 1 where version = 1 and id = 1;
commit;
如果 version 被更新了等于 2，不一样就会更新出错，这就是乐观锁的原理。
5. 开销对比
悲观锁的原始开销要高于乐观锁，但是特点是一劳永逸，临界区持锁时间就算越来越长，也不会对互斥锁的开销造成影响。
相反，虽然乐观锁一开始的开销比悲观锁小，但是如果自旋时间很长或者不停重试，那么消耗的资源也会越来越多。
6. 各自的适用场景
悲观锁：适合并发写入多的情况，适用于临界区持锁时间比较长的情况，悲观锁可以避免大量的无用自旋等消耗。
典型情况：
- 临界区有i0操作。
- 临界区代码复杂或者循环量大。
- 临界区竞争非常激烈
乐观锁：适合并发写入少，大部分是读取的场景，不加锁的能让读取性能大幅提高。
1. 什么是可重入？
可重入就是说某个线程已经获得某个锁，可以再次获取该锁。
2. 可重入的好处
- 避免死锁
- 提升了封装性
1. 什么是公平与非公平
公平指的是按照线程请求的顺序，来分配锁；非公平指的是，不完全按照请求的顺序，在一定情况下，可以插队。
注意：非公平也同样不提倡“插队”行为，这里的非公平，指的是“在合适的时机”插队，而不是盲目插队。
2. 为什么要有非公平锁
提高效率，避免唤醒带来的空档期。
假设有a、b、c三个线程，此时a持有这把锁，b就要去等待休息。等a执行完以后释放锁， b就需要被唤醒然后占有这把锁，但是c突然来请求这把锁，c是本身处于唤醒状态，可以立刻执行的，c就很有可能在b被唤醒的过程中就可以占有并使用完释放这把锁了，这就形成了一个“双赢”的局面，是可以带来吞吐量的提升的。
3. 公平锁
在线程 1 执行 unlock（释放锁之后，由于此时线程 2 的等待时间最久，所以线程 2 先得到执行，然后是线程 3 和线程 4。
4. 非公平锁
如果在线程 1 释放锁的时候，线程 5 恰好去获取这把锁。
由于此时并没有线程持有这把锁（线程 2 还没来得及获取到，因为获取需要时间）
线程 5 可以插队，直接拿到这把锁。
5. 公平锁与非公平锁的优缺点
| 优势 | 劣势 | |
|---|---|---|
| 公平锁 | 各线程公平平等，每个线程在等待一段时间后，总有执行的机会 | 更慢、吞吐量更小 |
| 非公平锁 | 更快、吞吐量更大 | 有可能产生线程饥饿，也就是某些线程在长时间内始终得不到执行 |
四、共享锁与排他锁
排他锁，又称为独占锁、独享锁。获取锁之后其他线程不能读或者写，只能由该线程读取或修改数据。
共享锁，又称为读锁，获得共享锁之后，可以查看但无法修改和删除数据，其他线程此时也可以获取到共享锁，也可以查看但无法修改和删除数据
1. 读写锁的规则
- 多个线程只申请读锁，都可以申请到
- 如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。
- 如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。
一句话总结：要么是一个或多个线程同时有读锁，要么是一个线程有写锁，但是两者不会同时出现（要么多读，要多一写）
2. 读锁插队策略
公平情况下： 不允许插队。
非公平的情况下：
假设线程 2 和线程 4 正在同时读取，线程 3 想要写入，拿不到锁，于是进入等待队列，线程 5 不在队列里，现在过来想要读取…
策略1：
读可以插队，线程5获取读锁。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 效率高 | 会造成饥饿 |
如果有大量的读线程进来，则可能读锁长时间不能释放，线程3长期得不到执行，产生饥饿。
策略2：
读不能插队，线程5进入等待队列。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 效率偏低 | 避免了饥饿 |
因为读锁可以同时被多个线程获取，所以插队能力非常强，要对读锁进行限制，最后策略如下：
- 写锁可以正常插队
- 读锁仅在等待队列头部不是写锁的时候可以插队
3. 锁的升级和降级
为什么需要升降级？
比如一个任务，一开始是写操作，然后是读操作， 这样一直占有读锁就会导致资源浪费，但是又不想释放锁重新去排队。这样我们就可以将写锁降级成读锁。
降级操作流程：
升级的操作流程：
读锁升级要求其他线程都释放读锁。如果两个线程同时升级还会导致死锁。
结论：读写锁降级容易，升级难。
- 阻塞或唤醒一个线程需要操作系统切换 cpu 状态来完成，这种状态转换需要耗费处理器时间。
- 如果同步代码块中的内容过于简单，状态转换消耗的时间有可能比用户代码执行的时间还要长。
- 在许多场景中，同步资源的锁定时间很短，为了这一小段时间去切换线程，线程挂起和恢复现场的花费可能会让系统得不偿失。
- 如果物理机器有多个处理器，能够让两个或以上的线程同时并行执行，我们就可以让后面那个请求锁的线程不放弃 cpu 的执行时间，看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。
- 而为了让当前线程“稍等一下”，我们需让当前线程进行自旋，如果在自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁，那么当前线程就可以不必阻塞而是直接获取同步资源，从而避免切换线程的开销。这就是自旋锁。
- 阻塞锁和自旋锁相反，阻塞锁如果遇到没拿到锁的情况，会直接把线程阻塞，直到被唤醒。
1. 自旋锁的缺点
- 如果锁被占用的时间很长，那么自旋的线程只会白浪费处理器资源。
- 在自旋的过程中，一直消耗 cpu，所 以虽然自旋锁的起始开销低于悲观锁，但是随着自旋时间的增长，开销也是线性增长的。
2. 自旋锁的应用场景
自旋锁一般用于多核的服务器，在并发度不是特别高的情况下，比阻塞锁的效率高。
另外，自旋锁适用于临界区比较短小的情况，否则如果临界区很大（线程一旦拿到锁，很久以后才会释放），那也是不合适的。
如果某一线程 a 正在执行锁中的代码，另一线程 b 正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程不想等待了，想先处理其他事情，我们可以中断它，这种就是可中断锁。