锁在计算机系统中是一个很常见的概念，无论是在一些编程语言中、关系型数据库系统、内存数据库系统中，还是在一些分布式系统中都有锁的影子。因此，锁的类别、特性、功用也非常的丰富。今天我们就重点对java语言中常用的锁做一个简要的介绍。
synchronized内置锁
为了对锁有个基本的概念有个简单认识，我先从java的内置锁synchronized锁来了解锁的几个基本特性。总结起来，synchronized锁的有如下几个基础语义特性：
-
可见性
可见性是一种复杂的属性。在单线程环境中，我们向某个变量写入值，在没有其他的写入操作的情况下，我们再次读取该变量，一定能够获得相同的值，这是任何一门语言都要保证的，非常自然。然而，在多线程的情况下，在读操作和写操作在不同的线程中执行时，情况却不一定。如果不加任何锁或同步机制，很可能读取到不一致的值。而内置的synchronized锁的使用却可以保证线程间共享变量数据的一致性：拥有同一把锁的多个线程读取到的数据总是一致的。从而保证某个线性可以以一种可预测的方式来查看另一个线程的执行结果。
-
原子性
原子性相对来说比较好理解，原子性是指程序中一系列指令的执行不被中断和影响，就保证了程序的原子性。怎么理解呢，比如下面一段程序：
i++; // 对事先定义好的int型变量i做自增操作上面的一行代码非常简单，却包含了三个操作：读取
i变量、对变量i做+1的计算操作、将计算结果存储到变量i中。如果这个”读取-计算-写入“的一系列操作不能保证原子性，也就是在这些操作执行的过程中，i变量被其他的线程修改了，我们是很可能无法得到正确的结果的。这也正好是锁的用武之地，保证程序的执行的原子性。 -
互斥性
互斥性是指同时只能由一个持有锁的线程在执行中。正式因为synchronized锁的互斥性，才实现了上面介绍的可见性和原子性两个特性。当然，也不是所有锁都是互斥的，比如ReaWriteLock中的两个读锁就是非互斥的。
-
可重入性
可重入性，好像与互斥性矛盾，其实是合理的。可重入性是指，获得锁的线程可以重复的进入同一个锁保护的代码块或方法。这意味着synchronized锁的粒度是线程，而不是方法调用。因此，可重入性也是非常有必要的，否则很可能会出现自己等待自己释放锁的情况，这也算是一种死锁吧。
Lock锁
在java的java.util.concurrent.locks包中还为我们提供了一种显示的加锁方式。其中Lock接口定义了Lock基本锁的操作。Lock的最常用的实现是ReentrantLock。ReentrantLock的实现同样保证了与内置的synchronized锁的可见性、原子性、互斥性和可重入性。那么为什么有了内置锁，又提供了一种新的加锁机制呢？其实在大多数情况下，内置的锁已经很好的满足了我们的需求，但是在功能上显示的Lock锁有着更丰富的特性。Lock为我们提供了一种可轮询的、定时的以及可中断的锁的操作。
可轮询和可定时
Lock接口为我们提供了两个方法分别为：
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
与内置的锁相比，tryLock方法有着更完善的错误恢复机制。使用内置锁时，防止死锁的唯一方法就是避免出现死锁，一旦出现死锁，恢复程序的方法就是重启程序。而利用可轮询锁和可定时的锁，我们可以有更友好的方式避免死锁的发生。利用tryLock()方法，我们可以通过轮询的方式来获取锁，如果获取第二个锁失败，我们可以做回退操作——释放并重新获取第一个锁，从而避免死锁。或者我们使用可定时的锁，在等待锁超过一定时限时，放弃获取锁，从而可以采取其他更优雅的方式退出竞争。
可中断的锁
在使用synchronized内置锁时，如果我们在获取锁的时候竞争太激烈，很可能会程序的阻塞。如果我们想取消该锁的获取操作就很被动，因为内置锁的阻塞是不可中断的。而在Lock中boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException和void lockInterruptibly() throws InterruptedException;方法都是可中断的，这就为我们的取消操作提供了很高的灵活性。
公平锁
由于公平的锁在线程挂起和线程恢复时存在极大的开销而事性能降低，因此，基于性能的考虑synchronized锁是一种不公平的锁。但如果我们需要一个先来后到的公平锁，那么ReentrantLock为我们提供了一种构建公平锁的方式，如下：
Lock fairLock = new ReetrantLock(true); // 构建公平锁
非结构化的加锁
由于Lock的加锁和释放锁都需要显示的调用，因此，带来另一个好处，就是我们可以在不同的代码块中进行加锁和释放锁操作。不过内置的synchronized锁的自动释放锁操作也简化了代码复杂度，避免了可能的编码错误，也是一种优势。
如何选择
ReentrantLock提供了丰富的功能，在性能上也似乎略胜于内置锁，是不是我们应该放弃内置锁而是全部使用显示锁呢？我的观点是大可不必。其实内置的synchronized锁也有很大的优势。内置锁语法简洁紧凑，代码易写易读利于维护，同时也没有忘记显示释放锁的风险。只有在内置的synchronized锁无法满足我们的一些高级需求的时候再考虑使用ReentrantLock吧，比如可定时、可轮询、可中断、公平锁以及非结构化的锁。
volatile
提到synchronized，也就不得不提一下java中的volatile。volatile是java中提供的一种相比synchronized稍弱的同步机制。用volatile修饰的变量，可以确保该变量的值能够及时的被其他线程感知到，即保证变量的可见性。当我们将一个变量声明为volatile类型后，编译器与运行时将不会对该变量的操作与其他内存操作重排序，也不会将该变量缓存到寄存器或其他处理器不可见的地方，因此读取volatile类型的变量总是能够获得最新写入的值。由于在访问volatile变量时不会执行加锁操作，所以线程也就不会阻塞，相比synchronized更轻量级、更高性能地实现了变量的可见性。然而，volatile修饰的变量并不能保证对该变量一系列操作的原子性，也就是说像上面提到的i++这种复合操作中，仅仅将变量用volatile修饰，是无法保证操作的线程安全的。
