1 乐观锁与悲观锁
乐观锁和悲观锁是一种广义的概念，体现了看待线程同步的不同角度，在Java和数据库中都有此概念的实际应用。
对于同一个数据的并发操作，悲观锁认为自己在使用数据的时候，一定有其他线程会修改数据，因此在获取数据的时候，会先加锁，确保数据不会被其他线程修改，在Java中synchronized关键字和Lock的实现类都是悲观锁。
而乐观锁认为自己在使用数据的时候，不会有其他线程修改数据，所以不会添加锁，只是在更新数据的时候，判断之前有没有别的线程更新了这个数据，如果数据已经被其他线程更新，则根据不同的实现方法执行不同的操作，例如报错，或自动重试。
乐观锁在Java中是通过使用无锁编程来实现的，最常使用的是CAS算法，Java原子类的递增操作就是通过CAS自旋来实现的。
根据以上概念的描述，我们可以发现：
- 悲观锁适合写操作多的场景，先加锁可以保证写操作时数据正确
- 乐观锁适合读操作多的场景，不加锁的特点使其读操作的性能大幅度提升
以下是悲观锁和乐观锁的调用方式示例：
通过调用方法示例，我们可以发现悲观锁基本都是在显式的锁定之后再操作同步资源，而乐观锁则直接去操作同步资源。
那么为什么乐观锁能够做到不锁定同步资源，也可以正确的实现线程同步呢？
以下介绍乐观锁的主要实现方式“CAS”技术原理来解惑：
CAS全称：Compare And Swap 比较与交换，是一种无锁算法，在不使用锁(没有线程被阻塞)的情况下，实现多线程之间的变量同步，JUC包中的原子类就是通过CAS算法来实现了乐观锁。
CAS算法涉及到三个操作数：
- 需要读写的内存值V
- 进行比较的值A
- 要写入的新值B
当且仅当V的值等于A时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值(比较和更新整体是一个原子操作)，否则不会执行任何操作，一般来说，更新是一个不断“重试”的操作。
以下是JUC包下原子类AtomicInteger的源码,原子类通过CAS来实现乐观锁：
根据定义可以看出各属性的作用：
- unsafe:获取并操作内存的数据
- valueOffset:存储value在AtomicInteger中的偏移量
- value:存储AtomicInteger的int值，该属性需要借助volatile关键字保证其在线程间是可见的
CAS存在的三个问题:
1. ABA问题
CAS需要在操作值的时候检查内存值是否发生变化，没有发生变化才会更新内存值。但是如果内存值原来是A，后来变成了B，然后又变成了A，那么CAS进行检查时会发现值没有发生变化，但是实际上是有变化的。ABA问题的解决思路就是在变量前面添加版本号，每次变量更新的时候都把版本号加一，这样变化过程就从“A－B－A”变成了“1A－2B－3A”。
2. 循环时间长，开销大：CAS如果长时间操作不成功，会导致其一直自旋，给cpu带来很大的开销
3. 只能保证一个共享变量的原子操作：对多个共享变量进行操作时，CAS无法保证操作的原子性
2 自旋锁 VS 适应性自旋锁
阻塞或唤醒一个Java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。
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。
如果锁被占用的时间很长，就会造成处理器资源的浪费，因此，自旋等待的时间必须有一定的限度，如果自旋超过限定次数，没有成功获得锁，就应当挂起线程。
自旋锁的实现原理同样是CAS，AtomicInteger中调用unsafe进行自增操作的源码中的do-while循环就是一个自旋操作，如果修改数值失败则通过循环来执行自旋，直至修改成功。
自适应意味着自旋的时间（次数）不再固定，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也是很有可能再次成功，进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间。如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那在以后尝试获取这个锁时将可能省略掉自旋过程，直接阻塞线程，避免浪费处理器资源。
无锁 VS 偏向锁 VS 轻量级锁 VS 重量级锁
这四种锁的状态都是针对synchronized的，那么synchronized如何实现线程同步？
首先来了解两个重要的概念
Java对象头
synchronized是悲观锁，在操作同步资源之前需要给同步资源先加锁，这把锁就是存在Java对象头里的，而Java对象头又是什么呢？
Hotspot的对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段）、Klass Pointer（类型指针）。
Mark Word：默认存储对象的HashCode，分代年龄和锁标志位信息。这些信息都是与对象自身定义无关的数据，所以Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存存储尽量多的数据。它会根据对象的状态复用自己的存储空间，也就是说在运行期间Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。
Klass Point：对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
Monitor
每一个Java对象都有一把看不见的锁，称为monitor锁或者内部锁
Monitor是线程私有的数据结构，每一个线程都有一个可用monitor record列表，同时还有一个全局的可用列表。每一个被锁住的对象都会和一个monitor关联，同时monitor中有一个Owner字段存放拥有该锁的线程的唯一标识，表示该锁被这个线程占用。
锁状态只能升级不能降级
synchronized通过monitor实现线程同步，monitor通过依赖底层操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现线程同步
JDK6为了减少获取锁和释放锁带来的性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁
无锁
无锁没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功。
无锁的特点就是修改操作在循环内进行，线程会不断的尝试修改共享资源。如果没有冲突就修改成功并退出，否则就会继续循环尝试。如果有多个线程修改同一个值，必定会有一个线程能修改成功，而其他修改失败的线程会不断重试直到修改成功。上面我们介绍的CAS原理及应用即是无锁的实现。无锁无法全面代替有锁，但无锁在某些场合下的性能是非常高的。
无锁，就是通过CAS算法实现线程同步的
偏向锁
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，降低获取锁的代价。
在大多数情况下，锁总是由同一个线程多次获得，不存在多线程竞争，因此出现了偏向锁，其目标就是在只有一个线程执行同步代码块时能够提高性能。
当一个线程访问同步代码块并获取锁时，会在Mark Word里存储锁偏向的线程ID。在线程进入和退出同步块时不再通过CAS操作来加锁和解锁，而是检测Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。引入偏向锁是为了在无多线程竞争的情况下尽量减少不必要的轻量级锁执行路径，因为轻量级锁的获取及释放依赖多次CAS原子指令，而偏向锁只需要在置换ThreadID的时候依赖一次CAS原子指令即可。
偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程不会主动释放偏向锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，判断锁对象是否处于被锁定状态。撤销偏向锁后恢复到无锁（标志位为“01”）或轻量级锁（标志位为“00”）的状态。
轻量级锁
当锁是偏向锁的时候，被另外的线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，从而提高性能。
在代码进入同步块的时候，如果同步对象锁状态为无锁状态（锁标志位为“01”状态，是否为偏向锁为“0”），虚拟机首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝，然后拷贝对象头中的Mark Word复制到锁记录中。
拷贝成功后，虚拟机将使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，并将Lock Record里的owner指针指向对象的Mark Word。
如果这个更新动作成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位设置为“00”，表示此对象处于轻量级锁定状态。
若当前只有一个等待线程，则该线程通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁升级为重量级锁。
重量级锁
锁标志的状态值变为“10”，此时Mark Word中存储的是指向重量级锁的指针，此时等待锁的线程都会进入阻塞状态
综上，偏向锁通过对比Mark Word解决加锁问题，避免执行CAS操作。而轻量级锁是通过用CAS操作和自旋来解决加锁问题，避免线程阻塞和唤醒而影响性能。重量级锁是将除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞。
公平锁 VS 非公平锁
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，线程直接进入队列中排队，队列中的第一个线程才能获得锁。
1）优点是等待锁的线程不会饿死。
2）缺点是整体吞吐效率相对非公平锁要低
等待队除第一个线程以外的所有线程都会阻塞，CPU唤醒阻塞线程的开销比非公平锁大。
非公平锁是多个线程加锁时直接尝试获取锁，获取不到才会到等待队列的队尾等待。但如果此时锁刚好可用，那么这个线程可以无需阻塞直接获取到锁，所以非公平锁有可能出现后申请锁的线程先获取锁的场景。
1）优点是可以减少唤起线程的开销，整体的吞吐效率高，因为线程有几率不阻塞直接获得锁，CPU不必唤醒所有线程。
2）缺点是处于等待队列中的线程可能会饿死，或者等很久才会获得锁。
对于公平锁，管理员要求获取到锁的人必须是队伍里最前面的人
对于非公平锁，管理员对打水的人没有要求，如果是插队进来的人，也可以获取到锁
根据ReentrantLock源码来分析公平锁和非公平锁
ReentrantLock有一个内部类Syn
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer
添加锁和释放锁的大部分操作实际上都是在Sync中实现的。它有公平锁FairSync和非公平锁NonfairSync两个子类。ReentrantLock默认使用非公平锁，也可以通过构造器来显示的指定使用公平锁。
公平锁和非公平锁的加锁方法源码分析：
公平锁和非公平锁的源码实现只有一个区别，多了hasQueuePredecessors()方法，该方法用来判断它是否是同步队列的第一个
综上，公平锁就是通过同步队列来实现多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，从而实现公平的特性。非公平锁加锁时不考虑排队等待问题，直接尝试获取锁，所以存在后申请却先获得锁的情况。
可重入锁 VS 不可重入锁
可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，再进入该线程的内层方法会自动获取锁（前提锁对象得是同一个对象或者class），不会因为之前已经获取过还没释放而阻塞。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入锁。
可重入锁在一定程度上可以避免死锁
在上面的代码中，类中的两个方法都是被内置锁synchronized修饰的，doSomething()方法中调用doOthers()方法。因为内置锁是可重入的，所以同一个线程在调用doOthers()时可以直接获得当前对象的锁，进入doOthers()进行操作。
如果是一个不可重入锁，那么当前线程在调用doOthers()之前需要将执行doSomething()时获取当前对象的锁释放掉，实际上该对象锁已被当前线程所持有，且无法释放。所以此时会出现死锁。
ReentrantLock和synchronized都是可重入锁
非重入锁在重复调用同步资源的时候会出现死锁
首先ReentrantLock和NonReentrantLock都继承父类AQS，其父类AQS中维护了一个同步状态status来计数重入次数，status初始值为0
当线程尝试获取锁时，可重入锁先尝试获取并更新status值，如果status == 0表示没有其他线程在执行同步代码，则把status置为1，当前线程开始执行。如果status != 0，则判断当前线程是否是获取到这个锁的线程，如果是的话执行status+1，且当前线程可以再次获取锁。而非可重入锁是直接去获取并尝试更新当前status的值，如果status != 0的话会导致其获取锁失败，当前线程阻塞。
释放锁时，可重入锁同样先获取当前status的值，在当前线程是持有锁的线程的前提下。如果status-1 == 0，则表示当前线程所有重复获取锁的操作都已经执行完毕，然后该线程才会真正释放锁。而非可重入锁则是在确定当前线程是持有锁的线程之后，直接将status置为0，将锁释放。
独享锁 VS 共享锁
独享锁也叫排他锁，是指该锁一次只能被一个线程所持有。如果线程T对数据A加上排它锁后，则其他线程不能再对A加任何类型的锁。获得排它锁的线程即能读数据又能修改数据。JDK中的synchronized和JUC中Lock的实现类就是互斥锁
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。如果线程T对数据A加上共享锁后，则其他线程只能对A再加共享锁，不能加排它锁。获得共享锁的线程只能读数据，不能修改数据。
独享锁和共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法来实现独享或者共享
ReentrantReadWriteLock源码分析：
我们看到ReentrantReadWriteLock有两把锁：ReadLock和WriteLock，由词知意，一个读锁一个写锁，合称“读写锁”。再进一步观察可以发现ReadLock和WriteLock是靠内部类Sync实现的锁。Sync是AQS的一个子类，这种结构在CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore里面也都存在。
在ReentrantReadWriteLock里面，读锁和写锁的锁主体都是Sync，但读锁和写锁的加锁方式不一样。读锁是共享锁，写锁是独享锁。读锁的共享锁可保证并发读非常高效，而读写、写读、写写的过程互斥，因为读锁和写锁是分离的。所以ReentrantReadWriteLock的并发性相比一般的互斥锁有了很大提升。
那读锁和写锁的具体加锁方式有什么区别呢？