常见锁策略
在多线程编程和分布式系统中，锁策略是保证数据一致性和系统稳定性的核心机制。不同的场景需要匹配不同的锁策略，本文将系统性地解析常见的锁策略及其适用场景(只解释思想,不涉及实现)。
一、乐观锁 vs 悲观锁
乐观锁（Optimistic Locking）
假设数据一般情况下不会产生并发冲突，所以在数据进行提交更新的时候，才会正式对数据是否产生并发冲突进行检测，如果发现并发冲突了，则让返回用户错误的信息，让用户决定如何去做。
原理：假设并发冲突概率低，先操作数据，提交时检测版本（如版本号、时间戳）。
场景：读多写少（电商库存更新、文档协作编辑）
优点：减少锁开销，提升吞吐量
缺点：高冲突时频繁重试
悲观锁（Pessimistic Locking）
总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。
原理：默认会发生冲突，操作前先加锁（如synchronized、SELECT FOR UPDATE）
场景：写操作频繁（银行转账、票务系统）
优点：保证强一致性
缺点：增加线程阻塞风险
二、读写锁（ReadWrite Lock）
多线程之间，数据的读取方之间不会产生线程安全问题，但数据的写入方互相之间以及和读者之间都需要进行互斥。如果两种场景下都用同一个锁，就会产生极大的性能损耗。所以读写锁因此而产生。 读写锁（readers-writer lock），看英文可以顾名思义，在执行加锁操作时需要额外表明读写意图，复数读者之间并不互斥，而写者则要求与任何人互斥。
一个线程对于数据的访问, 主要存在两种操作: 读数据 和 写数据.
- 两个线程都只是读一个数据, 此时并没有线程安全问题. 直接并发的读取即可.
- 两个线程都要写一个数据, 有线程安全问题.
- 一个线程读另外一个线程写, 也有线程安全问题.
核心机制
- 读锁共享：多个线程可并发读
- 写锁独占：写操作时禁止其他读写
典型场景
- 缓存系统（Guava Cache）
- 配置中心热更新
三、可重入锁（Reentrant Lock）
可重入锁的字面意思是“可以重新进入的锁”，即允许同一个线程多次获取同一把锁。
比如一个递归函数里有加锁操作，递归过程中这个锁会阻塞自己吗？如果不会，那么这个锁就是可重入 锁（因为这个原因可重入锁也叫做递归锁）。
Java里只要以Reentrant开头命名的锁都是可重入锁，而且JDK提供的所有现成的Lock实现类，包括 synchronized关键字锁都是可重入的。
关键特性
- 线程可重复获取同一把锁
- 避免死锁（递归调用场景）
实现方式
- Java的
synchronized关键字 ReentrantLock类
四、公平锁 vs 非公平锁
公平锁: 遵守 "先来后到". B 比 C 先来的. 当 A 释放锁的之后, B 就能先于 C 获取到锁.
非公平锁: 不遵守 "先来后到". B 和 C 都有可能获取到锁.
| 特性 | 公平锁 | 非公平锁 |
|---|---|---|
| 获取顺序 | 按请求顺序分配 | 允许插队 |
| 吞吐量 | 较低（维护队列开销） | 较高 |
| 饥饿风险 | 无 | 可能存在 |
五、自旋锁（Spin Lock）
工作原理
- 线程循环检测锁状态（while循环），而非立即阻塞
- 示例：AtomicBoolean实现
while (!lock.compareAndSet(false, true)) {// 自旋等待
}如果获取锁失败, 立即再尝试获取锁, 无限循环, 直到获取到锁为止. 第一次获取锁失败, 第二次的尝试会 在极短的时间内到来.
一旦锁被其他线程释放, 就能第一时间获取到锁
适用场景
- 锁持有时间极短（纳秒级）
- 内核开发、短任务同步
六、重量级锁vs轻量级锁
重量级锁
- 定义：直接依赖操作系统互斥量（Mutex）实现的锁机制
- 典型实现：Java
synchronized关键字（未优化前）、ReentrantLock默认模式 - 核心特点：线程竞争时会触发上下文切换，导致线程阻塞
轻量级锁
- 定义：基于CAS（Compare-And-Swap）等原子操作实现的乐观锁
- 典型实现：Java偏向锁、自旋锁、
AtomicInteger等原子类 - 核心特点：通过忙等待（Busy-Waiting） 避免线程阻塞
核心差异对比
| 维度 | 重量级锁 | 轻量级锁 |
|---|---|---|
| 实现层级 | 操作系统内核态 | 用户空间实现 |
| 线程阻塞 | 立即挂起（上下文切换） | 自旋等待（CPU空转） |
| 响应延迟 | 微秒级 | 纳秒级 |
| 内存消耗 | 每个锁关联内核对象（~1KB） | 仅需存储标记位（~4B） |
| 适用场景 | 高竞争、长临界区 | 低竞争、短临界区 |
| 典型CPU消耗 | 低（线程休眠） | 高（持续自旋） |
锁策略选择指南
- 冲突概率：高冲突选悲观锁，低冲突选乐观锁
- 读写比例：读多写少用读写锁
- 响应要求：低延迟场景慎用公平锁
- 系统架构：分布式环境需CAP权衡
"没有最好的锁，只有最合适的锁。" —— 分布式系统设计原则