一、乐观锁与悲观锁
悲观锁
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（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。
乐观锁
总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。
两种锁的使用场景
从上面对两种锁的介绍，我们知道两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。
乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现。
1. 版本号机制
一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。
举一个简单的例子：
假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（ balance ）为 $100 。
操作员 A 此时将其读出（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 50（50（100-$50 ）。
在操作员 A 操作的过程中，操作员B 也读入此用户信息（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 20（20（100-$20 ）。
操作员 A 完成了修改工作，将数据版本号加一（ version=2 ），连同帐户扣除后余额（ balance=$50 ），提交至数据库更新，此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录 version 更新为 2 。
操作员 B 完成了操作，也将版本号加一（ version=2 ）试图向数据库提交数据（ balance=$80 ），但此时比对数据库记录版本时发现，操作员 B 提交的数据版本号为 2 ，数据库记录当前版本也为 2 ，不满足 “ 提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新 “ 的乐观锁策略，因此，操作员 B 的提交被驳回。
这样，就避免了操作员 B 用基于 version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员A 的操作结果的可能。
2. CAS算法
即compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。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
拟写入的新值 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，否则不会执行任何操作（比较和替换是一个原子操作）。一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。
举例：
多线程情况下如何实现count++?
使用悲观锁可以使用synchronized对变量进行加锁；
CAS的操作流程如下：
1.读取内存数据j=count;
2.CAS(j,j++);即比较内存中count数据是否还为j,如果是才进行修改；整个操作具有原子性
3.如果成功，返回；失败则重新执行第一步直到成功，也称之为自旋。
由于第二步成功的概率很大，所以采用CAS的代价很小；当高并发情况下由于CAS采用自旋的方式对CPU会有较大的操作负担，所以可能会损耗部分CPU资源。
乐观锁的缺点
1 ABA 问题
如果一个变量V初次读取的时候是A值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗？很明显是不能的，因为在这段时间它的值可能被改为其他值，然后又改回A，那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个问题被称为CAS操作的 “ABA”问题。
JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 类就提供了此种能力，其中的 compareAndSet 方法就是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
2 循环时间长开销大
自旋CAS（也就是不成功就一直循环执行直到成功）如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。 如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升，pause指令有两个作用，第一它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。
3 只能保证一个共享变量的原子操作
CAS 只对单个共享变量有效，当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。但是从 JDK 1.5开始，提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作.所以我们可以使用锁或者利用AtomicReference类把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。
参考https://blog.csdn.net/qq_34337272/article/details/81072874
https://blog.csdn.net/u010904188/article/details/87712060
二、锁机制
有些业务逻辑在执行过程中要求对数据进行排他性的访问，于是需要通过一些机制保证在此过程中数据被锁住不会被外界修改，这就是所谓的锁机制。
CAS是Compare And Set的缩写，是以一种无锁的方式实现并发控制。在实际情况下，同时操作同一个对象的概率非常小，所以多数加锁操作做的是无用功，CAS以一种乐观锁的方式实现并发控制。CAS的具体实现就是给定内存中的期望值和修改后的目标值，如果实际内存中的值等于期望值，则内存值替换为目标值，否则操作失败。该操作具有原子性。
悲观锁(Pessimistic Lock), 顾名思义，就是很悲观，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block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。
乐观锁(Optimistic Lock), 顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数
重入锁（ReentrantLock）是一种递归无阻塞的同步机制。重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁。
自旋锁，由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短，因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的，自旋锁的效率远高于互斥锁。如何旋转呢？何为自旋锁，就是如果发现锁定了，不是睡眠等待，而是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区。
偏向锁(Biased Locking)是Java6引入的一项多线程优化，它会偏向于第一个访问锁的线程，如果在运行过程中，同步锁只有一个线程访问，不存在多线程争用的情况，则线程是不需要触发同步的，这种情况下，就会给线程加一个偏向锁。 如果在运行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会被挂起，JVM会消除它身上的偏向锁，将锁恢复到标准的轻量级锁。
轻量级锁是由偏向所升级来的，偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下，当第二个线程加入锁争用的时候，偏向锁就会升级为轻量级锁。
公平锁，就是很公平，在并发环境中，每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程线程是等待队列的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己
非公平锁比较粗鲁，上来就直接尝试占有锁，如果尝试失败，就再采用类似公平锁那种方式。
据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库如果提供类似于write_condition机制的其实都是提供的乐观锁。
方法锁（synchronized修饰方法时）通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。synchronized 方法控制对类成员变量的访问： 每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态，从而有效避免了类成员变量的访问冲突。
对象锁（synchronized修饰方法或代码块）当一个对象中有synchronized method或synchronized block的时候调用此对象的同步方法或进入其同步区域时，就必须先获得对象锁。如果此对象的对象锁已被其他调用者占用，则需要等待此锁被释放。（方法锁也是对象锁）。java的所有对象都含有1个互斥锁，这个锁由JVM自动获取和释放。线程进入synchronized方法的时候获取该对象的锁，当然如果已经有线程获取了这个对象的锁，那么当前线程会等待；synchronized方法正常返回或者抛异常而终止，JVM会自动释放对象锁。这里也体现了用synchronized来加锁的1个好处，方法抛异常的时候，锁仍然可以由JVM来自动释放。
类锁(synchronized修饰静态的方法或代码块)，由于一个class不论被实例化多少次，其中的静态方法和静态变量在内存中都只有一份。所以，一旦一个静态的方法被申明为synchronized。此类所有的实例化对象在调用此方法，共用同一把锁，我们称之为类锁。对象锁是用来控制实例方法之间的同步，类锁是用来控制静态方法（或静态变量互斥体）之间的同步。类锁只是一个概念上的东西，并不是真实存在的，它只是用来帮助我们理解锁定实例方法和静态方法的区别的。java类可能会有很多个对象，但是只有1个Class对象，也就是说类的不同实例之间共享该类的Class对象。Class对象其实也仅仅是1个java对象，只不过有点特殊而已。由于每个java对象都有1个互斥锁，而类的静态方法是需要Class对象。所以所谓的类锁，不过是Class对象的锁而已。获取类的Class对象有好几种，最简单的就是［类名.class］的方式。
死锁：是指两个或两个以上的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。
死锁发生的四个条件
- 互斥条件：线程对资源的访问是排他性的，如果一个线程对占用了某资源，那么其他线程必须处于等待状态，直到资源被释放。
- 请求和保持条件：线程T1至少已经保持了一个资源R1占用,但又提出对另一个资源R2请求，而此时，资源R2被其他线程T2占用，于是该线程T1也必须等待，但又对自己保持的资源R1不释放。
- 不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能被其他线程剥夺，只能在使用完以后由自己释放。
- 环路等待条件：在死锁发生时，必然存在一个“进程-资源环形链”，即：{p0,p1,p2,...pn},进程p0（或线程）等待p1占用的资源，p1等待p2占用的资源，pn等待p0占用的资源。（最直观的理解是，p0等待p1占用的资源，而p1而在等待p0占用的资源，于是两个进程就相互等待）
预防死锁，预先破坏产生死锁的四个条件。互斥不可能破坏，所以有如下3种方法：
- 破坏，请求和保持条件。进程等所有要请求的资源都空闲时才能申请资源，这种方法会使资源严重浪费（有些资源可能仅在运行初期或结束时才使用，甚至根本不使用）。允许进程获取初期所需资源后，便开始运行，运行过程中再逐步释放自己占有的资源。比如有一个进程的任务是把数据复制到磁盘中再打印，前期只需要获得磁盘资源而不需要获得打印机资源，待复制完毕后再释放掉磁盘资源。这种方法比上一种好，会使资源利用率上升。
- 破坏，不可抢占条件。这种方法代价大，实现复杂
- 破坏，循坏等待条件。对各进程请求资源的顺序做一个规定，避免相互等待。这种方法对资源的利用率比前两种都高，但是前期要为设备指定序号，新设备加入会有一个问题，其次对用户编程也有限制
活锁：是指线程1可以使用资源，但它很礼貌，让其他线程先使用资源，线程2也可以使用资源，但它很绅士，也让其他线程先使用资源。这样你让我，我让你，最后两个线程都无法使用资源。
死锁与饥饿的区别
相同点：二者都是由于竞争资源而引起的。
不同点：
- 从进程状态考虑，死锁进程都处于等待状态，忙等待(处于运行或就绪状态)的进程并非处于等待状态，但却可能被饿死；
- 死锁进程等待永远不会被释放的资源，饿死进程等待会被释放但却不会分配给自己的资源，表现为等待时限没有上界(排队等待或忙式等待)；
- 死锁一定发生了循环等待，而饿死则不然。这也表明通过资源分配图可以检测死锁存在与否，但却不能检测是否有进程饿死；
- 死锁一定涉及多个进程，而饥饿或被饿死的进程可能只有一个。
- 在饥饿的情形下，系统中有至少一个进程能正常运行，只是饥饿进程得不到执行机会。而死锁则可能会最终使整个系统陷入死锁并崩溃
怎么检测一个线程是否拥有锁
java.lang.Thread中有一个方法叫holdsLock()，它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体对象的锁
三、什么时候应该使用可重入锁？
场景1：如果已加锁，则不再重复加锁。a、忽略重复加锁。b、用在界面交互时点击执行较长时间请求操作时，防止多次点击导致后台重复执行（忽略重复触发）。以上两种情况多用于进行非重要任务防止重复执行，（如：清除无用临时文件，检查某些资源的可用性，数据备份操作等）
场景2：如果发现该操作已经在执行，则尝试等待一段时间，等待超时则不执行（尝试等待执行）这种其实属于场景2的改进，等待获得锁的操作有一个时间的限制，如果超时则放弃执行。用来防止由于资源处理不当长时间占用导致死锁情况（大家都在等待资源，导致线程队列溢出）。
场景3：如果发现该操作已经加锁，则等待一个一个加锁（同步执行，类似synchronized）这种比较常见大家也都在用，主要是防止资源使用冲突，保证同一时间内只有一个操作可以使用该资源。但与synchronized的明显区别是性能优势（伴随jvm的优化这个差距在减小）。同时Lock有更灵活的锁定方式，公平锁与不公平锁，而synchronized永远是公平的。这种情况主要用于对资源的争抢（如：文件操作，同步消息发送，有状态的操作等）
场景4：可中断锁。synchronized与Lock在默认情况下是不会响应中断(interrupt)操作，会继续执行完。lockInterruptibly()提供了可中断锁来解决此问题。（场景3的另一种改进，没有超时，只能等待中断或执行完毕）这种情况主要用于取消某些操作对资源的占用。如：（取消正在同步运行的操作，来防止不正常操作长时间占用造成的阻塞）
四、如何实现分布式锁
基于数据库实现分布式锁
基于缓存（redis，memcached，tair）实现分布式锁
基于Zookeeper实现分布式锁