【Java进阶】深入浅出 Java 锁机制：从“单身公寓”到“交通管制”的并发艺术

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🍂 枫言枫语：我是予枫，一名行走在 Java 后端与多模态 AI 交叉路口的研二学生。 “予一人以深耕，观万木之成枫。” 在这里，我记录从底层源码到算法前沿的每一次思考。希望能与你一起，在逻辑的丛林中寻找技术的微光。

在多线程的江湖里，“锁”永远是绕不开的核心话题。如果把计算机资源比作一份精美的外卖，那么线程就是饥肠辘辘的食客。如果没有合理的锁机制，这份外卖最终可能会变成一地狼藉。

今天，我们就来扒一扒 Java 中那些名目繁多的锁，看看它们是如何在方寸之间调度千军万马的。

一、 宏观视角：你是乐观派还是悲观派？

在 Java 锁的世界观里，首先要分清的是对待竞争的态度。

1. 悲观锁 (Pessimistic Lock)

性格： 极其谨慎，总觉得“总有刁民想害朕”。

逻辑： 每次去拿数据的时候，都认为别人会修改。所以不管三七二十一，先上锁，等自己用完了再解锁。

代表： synchronized 关键字、ReentrantLock。

场景： 写操作频繁、竞争激烈的场景。

2. 乐观锁 (Optimistic Lock)

性格： 阳光开朗，认为“大家都是文明人”。

逻辑： 拿数据时不上锁，但在更新时会检查一下：在我拿走后的这段时间，有人动过它吗？如果没有，就更新；如果有，就重试（自旋）。

实现： CAS (Compare and Swap) 机制。

代表： AtomicInteger、LongAdder。

场景： 读操作频繁、竞争较少的场景。

二、 公平性：先来后到还是强者为王？

1. 公平锁 (Fair Lock)

逻辑： 严格遵守“排队准则”。先申请锁的线程先进入队列，锁释放后，队列头的线程优先获得锁。

优点： 不会产生“线程饥饿”。

缺点： 吞吐量低，因为唤醒排队线程的开销很大。

2. 非公平锁 (Nonfair Lock)

逻辑： 允许“插队”。新来的线程会先尝试直接抢锁，抢不到再进队列。

优点： 性能极高。如果新来的线程恰好能利用 CPU 时间片抢到锁，就省去了线程切换的上下文开销。

注意： Java 中的 synchronized 是非公平的，ReentrantLock 默认也是非公平的。

三、 可重入性：自己人能不能通融下？

可重入锁 (Reentrant Lock)

定义： 又名“递归锁”。如果一个线程已经持有了一把锁，它可以再次进入同一个锁保护的代码块，而不会被自己锁死。

形象比喻： 你拿着自家大门的钥匙进了屋，进卧室门的时候不需要再重新去物业办一把钥匙。

代表： synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入的。

四、 读写分离：共享还是独占？

1. 独占锁 (Exclusive Lock)

逻辑： 霸道总裁，锁只能被一个线程持有。无论是读还是写，只要我在这里，别人都得等着。

代表： synchronized。

2. 共享锁 (Shared Lock)

逻辑： 暖男属性。支持多个线程同时持有锁，通常用于“只读”操作。

代表： ReentrantReadWriteLock 中的 读锁。

ReadWriteLock 策略：

• 读-读：不互斥（大家一起看，没问题）。
• 读-写：互斥。
• 写-写：互斥。

五、 synchronized 的“进阶之路”：锁升级

为了平衡性能与安全，HotSpot 虚拟机对 synchronized 进行了史诗级优化，让它不再是一上来就动用重量级武器。

1. 无锁 (No Lock)： 自由竞争。
2. 偏向锁 (Biased Lock)： 锁会“偏心”第一个访问它的线程。如果在接下来的运行中该锁没有被其他线程访问，则持有偏向锁的线程将永远不需要再进行同步。
3. 轻量级锁 (Lightweight Lock)： 当有第二个线程争抢时，偏向锁升级。线程通过 自旋 (Spinning) 的方式尝试获取锁，不阻塞 CPU，就像在门外不断徘徊询问“好了吗？”
4. 重量级锁 (Heavyweight Lock)： 自旋超过一定次数还没抢到，或者竞争太激烈，就会升级。线程挂起，进入操作系统内核态，性能开销最大。

六、 锁的优化小贴士

写出高性能并发代码的秘诀不在于“精通各种锁”，而在于**“尽量少用锁，用了也要快”**：

• 缩小锁的粒度： 别锁住整个方法，只锁住操作共享变量的那几行。
• 锁分离： 能用读写锁就不用独占锁。
• 无锁编程： 优先考虑 Atomic 原子类。
• 消除锁依赖： 考虑使用 ThreadLocal 让每个线程拥有自己的拷贝。

结语

Java 的锁机制就像是一套复杂的城市交通指挥系统。悲观锁是红绿灯，乐观锁是互相礼让的环岛，而锁升级则是根据车流量自动切换的管理方案。

理解这些锁的本质，能让你在处理高并发需求时游刃有余。下次面试官再问你“Java 锁有哪些”，希望你能从容地告诉他：“这不仅仅是 API 的调用，更是对资源竞争的艺术处理。”

关于作者： 💡 予枫，某高校在读研究生，专注于 Java 后端开发与多模态情感计算。💬 欢迎点赞、收藏、评论，你的反馈是我持续输出的最大动力！

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