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1、为什么要用锁？
锁-是为了解决并发操作引起的脏读、数据不一致的问题。
2、锁实现的基本原理
2.1、volatile
Java编程语言允许线程访问共享变量， 为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。Java语言提供了volatile，在某些情况下比锁要更加方便。
volatile在多处理器开发中保证了共享变量的“ 可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。
image.png
结论：如果volatile变量修饰符使用恰当的话，它比synchronized的使用和执行成本更低，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。
2.2、synchronized
synchronized通过锁机制实现同步。
先来看下利用synchronized实现同步的基础：Java中的每一个对象都可以作为锁。
具体表现为以下3种形式。
- 对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
- 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。
- 对于同步方法块，锁是Synchonized括号里配置的对象。
当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。
2.2.1 synchronized实现原理
synchronized是基于Monitor来实现同步的。
Monitor从两个方面来支持线程之间的同步：
- 互斥执行
- 协作
- Java 使用对象锁 ( 使用 synchronized 获得对象锁 ) 保证工作在共享的数据集上的线程互斥执行。
- 使用 notify/notifyAll/wait 方法来协同不同线程之间的工作。
- Class和Object都关联了一个Monitor。
Monitor 的工作机理
- enter：线程进入同步方法中。monitorenter，进入左边的entry set
- acquire：为了继续执行临界区代码，线程必须获取 Monitor 锁acquire。如果获取锁成功，将成为该监视者对象的拥有者。任一时刻内，监视者对象只属于一个活动线程（The Owner）
- release：拥有监视者对象的线程可以调用 wait() 进入等待集合（Wait Set），同时释放监视锁，进入等待状态wait set。
- notify&acquire：其他线程（the owner）调用 notify() / notifyAll() 接口唤醒等待集合（Wait Set）中的线程，这些等待的线程需要重新获取监视锁后才能执行 wait() 之后的代码。
- release&exit：同步方法执行完毕了，线程退出临界区，并释放监视锁。
参考文档：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-synchronized
2.2.2 synchronized具体实现
1、同步代码块采用monitorenter、monitorexit指令显式的实现。
2、同步方法则使用ACC_SYNCHRONIZED标记符隐式的实现。
通过实例来看看具体实现：
public class SynchronizedTest {
public synchronized void method1(){
System.out.println("Hello World!");
}
public void method2(){
synchronized (this){
System.out.println("Hello World!");
}
}
}
javap编译后的字节码如下：
image.png
monitorenter
每一个对象都有一个monitor，一个monitor只能被一个线程拥有。当一个线程执行到monitorenter指令时会尝试获取相应对象的monitor，获取规则如下：
- 如果monitor的进入数为0，则该线程可以进入monitor，并将monitor进入数设置为1，该线程即为monitor的拥有者the owner。
- 如果当前线程已拥有该monitor，只是重新进入reentry，则进入monitor的进入数加1，所以synchronized关键字实现的锁是可重入的锁。
- 如果monitor已被其他线程拥有，则当前线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor。
monitorexit
只有拥有相应对象的monitor的线程才能执行monitorexit指令。每执行一次该指令monitor进入数减1，当进入数为0时当前线程释放monitor，此时其他阻塞的线程将可以尝试获取该monitor。
2.3、CAS
CAS，在Java并发应用中通常指CompareAndSwap或CompareAndSet，即比较并交换。
1、CAS是一个原子操作，它比较一个内存位置的值并且只有相等时修改这个内存位置的值为新的值，保证了新的值总是基于最新的信息计算的，如果有其他线程在这期间修改了这个值则CAS失败。CAS返回是否成功或者内存位置原来的值用于判断是否CAS成功。
2、JVM中的CAS操作是利用了CPU处理器提供的CMPXCHG指令(compare X change)实现的。
优点：
- 竞争不大的时候系统开销小。
缺点：
- 循环时间长开销大。
- ABA问题。
- 只能保证一个共享变量的原子操作。
3、锁的使用用例
3.1、ConcurrentHashMap的实现原理及使用
ConcurrentHashMap类图
ConcurrentHashMap数据结构
结论：ConcurrentHashMap使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段地存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。
参考链接：https://www.jianshu.com/p/e674ee68fd3f