Java锁的分类与解析

在多线程编程中，锁是确保共享资源不会同时被多个线程访问的关键工具。Java 提供了多种锁的实现方式，可以根据不同的需求选择适合的锁。本文将从多个维度对 Java 的锁进行分类，并对每种锁的特性进行详细解析。

锁的分类

锁的分类并没有唯一标准，而是取决于观察的角度或划分的维度。从不同维度出发，可以对锁进行多种类型的划分。以下是基于常见特性（如互斥性、重入性、公平性等）的一些主流分类方式，供参考。

1. 锁的基本对比

锁名（例子）	重入性	互斥性	公平性	分布式性	实现方式	适用场景
synchronized	可重入	独占	非公平（不可配置）	否	隐式锁	基础同步，语法简单，低并发场景
ReentrantLock	可重入	独占	公平 / 非公平（默认非公平）	否	显式锁	替代 synchronized，控制更灵活
ReadWriteLock	可重入	写独占 / 读共享	公平 / 非公平（默认非公平）	否	显式锁	读多写少，读写分离
StampedLock	不可重入	写独占 / 读共享	非公平（不可配置）	否	显式锁	高性能读多写少，需谨慎使用不可重入
Redis 分布式锁	不支持（除非设置标志）	独占	非公平（不可配置）	是	显式锁	分布式场景下的互斥控制（使用 Redisson 等库）
Zookeeper 分布式锁	不支持（除非设置标志）	独占	非公平（不可配置）	是	显式锁	分布式场景下的互斥控制（使用 Curator 等库）

2. 锁的类型与特性分析

2.1 重入性(同一线程)

• 可重入锁：同一线程如果已经持有锁，【再次请求该锁不会】导致阻塞或死锁。例如，ReentrantLock 支持重入，即线程可以在持有锁的情况下再次请求锁。
• 不可重入锁：同一线程如果已经持有锁，【再次请求该锁会】导致线程被阻塞，直到该锁被释放。StampedLock 就是不支持重入的锁。

2.2 互斥性（多线程）

• 独占锁：同一时刻【只有一个线程】可以获取锁，其他线程必须等待锁被释放才能获得锁。这种锁适用于需要保证资源不被并发访问的场景。
• 共享锁：同一时刻【多个线程】可以获取锁，通常适用于【读操作】。例如，ReadWriteLock 提供了共享锁，允许多个线程同时读取共享数据，但写操作是独占的。

2.3 公平性（多线程）

• 公平锁：按照线程请求的【时间先后顺序分配锁】，避免某些线程长时间得不到锁，避免饥饿现象。例如，ReentrantLock 可以配置为公平锁。
• 非公平锁：锁释放后，所有线程尝试【竞争锁】，谁先获得锁由线程调度决定，【不按请求时间先后顺序分配】。这可能导致部分线程长时间等待。synchronized 与默认的 ReentrantLock 属于非公平锁。

2.4 分布式性（多进程）

• 分布式锁：分布式锁是用于【多个进程】之间实现互斥访问的锁，确保在分布式系统中不同进程对共享资源的访问是互斥的。分布式锁通常依赖外部的分布式协调系统来实现，如 Zookeeper、Redis、etcd 等。
• 非分布式锁：非分布式锁是只在【单个进程】内使用的锁，主要用于控制同一进程中的多个线程之间的访问互斥。它无法跨进程或跨节点进行资源同步，限制了它的适用范围。

2.5 实现方式（锁管理主体）

• 隐式锁：锁的管理由【系统（如 JVM）】自动完成控制锁的获取和释放。synchronized 是最典型的隐式锁，开发者仅通过简单的代码块来控制同步。
• 显式锁：锁的管理由开发者通过明确的代码控制，通常是通过实现 Lock 接口的类来控制锁的获取与释放，【开发者】必须显式地控制锁的获取与释放。ReentrantLock 和 ReadWriteLock 是典型的显式锁。

3. 锁的应用场景

• 基础同步：synchronized 适用于简单的同步需求，语法简洁，但在高并发场景下可能不够灵活。
• 灵活控制：ReentrantLock 提供了更高的灵活性，可以指定锁的公平性，支持条件变量等功能。
• 读多写少：ReadWriteLock 适用于读多写少的场景，可以提升读操作的并发度。
• 高性能场景：StampedLock 适用于对性能要求较高的场景，尤其是在读多写少的环境下。
• 分布式锁：Redis 和 Zookeeper 分布式锁适用于分布式环境中的互斥控制，确保分布式系统中的数据一致性。

总结

Java 提供了多种类型的锁来满足不同场景下的并发需求。从 synchronized 到 ReentrantLock，再到分布式锁如 Redis 和 Zookeeper，每种锁都有其适用的场景和优势。在选择锁的实现方式时，开发者需要根据实际的业务需求、并发量、性能要求等因素做出合理的选择。