前言

Java提供了種類豐富的鎖，每種鎖因其特性的不同，在适當的場景下能夠展現出非常高的效率。本文旨在對鎖相關源碼（本文中的源碼來自JDK 8和Netty 3.10.6）、使用場景進行舉例，為讀者介紹主流鎖的知識點，以及不同的鎖的适用場景。

Java中往往是按照是否含有某一特性來定義鎖，我們通過特性将鎖進行分組歸類，再使用對比的方式進行介紹，幫助大家更快捷的了解相關知識。下面給出本文内容的總體分類目錄：

1. 樂觀鎖 VS 悲觀鎖

樂觀鎖與悲觀鎖是一種廣義上的概念，展現了看待線程同步的不同角度。在Java和資料庫中都有此概念對應的實際應用。

先說概念。對于同一個資料的并發操作，悲觀鎖認為自己在使用資料的時候一定有别的線程來修改資料，是以在擷取資料的時候會先加鎖，確定資料不會被别的線程修改。Java中，synchronized關鍵字和Lock的實作類都是悲觀鎖。

而樂觀鎖認為自己在使用資料時不會有别的線程修改資料，是以不會添加鎖，隻是在更新資料的時候去判斷之前有沒有别的線程更新了這個資料。如果這個資料沒有被更新，目前線程将自己修改的資料成功寫入。如果資料已經被其他線程更新，則根據不同的實作方式執行不同的操作（例如報錯或者自動重試）。

樂觀鎖在Java中是通過使用無鎖程式設計來實作，最常采用的是CAS算法，Java原子類中的遞增操作就通過CAS自旋實作的。

根據從上面的概念描述我們可以發現：

悲觀鎖适合寫操作多的場景，先加鎖可以保證寫操作時資料正确。
樂觀鎖适合讀操作多的場景，不加鎖的特點能夠使其讀操作的性能大幅提升。

光說概念有些抽象，我們來看下樂觀鎖和悲觀鎖的調用方式示例：

1. // ------------------------- 悲觀鎖的調用方式 -------------------------
2. 
3. // synchronized
4. 
5. public synchronized void testMethod() {
6. 
7. // 操作同步資源
8. 
9. }
10. 
11. // ReentrantLock
12. 
13. private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 需要保證多個線程使用的是同一個鎖
14. 
15. public void modifyPublicResources() {
16. 
17. lock.lock();
18. 
19. // 操作同步資源
20. 
21. lock.unlock();
22. 
23. }
24. 
25. 
26. // ------------------------- 樂觀鎖的調用方式 -------------------------
27. 
28. private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(); // 需要保證多個線程使用的是同一個AtomicInteger
29. 
30. atomicInteger.incrementAndGet(); //執行自增1

通過調用方式示例，我們可以發現悲觀鎖基本都是在顯式的鎖定之後再操作同步資源，而樂觀鎖則直接去操作同步資源。那麼，為何樂觀鎖能夠做到不鎖定同步資源也可以正确的實作線程同步呢？我們通過介紹樂觀鎖的主要實作方式 “CAS” 的技術原理來為大家解惑。

CAS全稱 Compare And Swap（比較與交換），是一種無鎖算法。在不使用鎖（沒有線程被阻塞）的情況下實作多線程之間的變量同步。java.util.concurrent包中的原子類就是通過CAS來實作了樂觀鎖。

CAS算法涉及到三個操作數：

需要讀寫的記憶體值 V。
進行比較的值 A。
要寫入的新值 B。

當且僅當 V 的值等于 A 時，CAS通過原子方式用新值B來更新V的值（“比較+更新”整體是一個原子操作），否則不會執行任何操作。一般情況下，“更新”是一個不斷重試的操作。

之前提到java.util.concurrent包中的原子類，就是通過CAS來實作了樂觀鎖，那麼我們進入原子類AtomicInteger的源碼，看一下AtomicInteger的定義：

根據定義我們可以看出各屬性的作用：

unsafe：擷取并操作記憶體的資料。
valueOffset：存儲value在AtomicInteger中的偏移量。
value：存儲AtomicInteger的int值，該屬性需要借助volatile關鍵字保證其線上程間是可見的。

接下來，我們檢視AtomicInteger的自增函數incrementAndGet()的源碼時，發現自增函數底層調用的是unsafe.getAndAddInt()。但是由于JDK本身隻有Unsafe.class，隻通過class檔案中的參數名，并不能很好的了解方法的作用，是以我們通過OpenJDK 8 來檢視Unsafe的源碼：

1. // ------------------------- JDK 8 -------------------------
2. 
3. // AtomicInteger 自增方法
4. 
5. public final int incrementAndGet() {
6. 
7. return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
8. 
9. }
10. 
11. 
12. // Unsafe.class
13. 
14. public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
15. 
16. int var5;
17. 
18. do {
19. 
20. var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
21. 
22. } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
23. 
24. return var5;
25. 
26. }
27. 
28. 
29. // ------------------------- OpenJDK 8 -------------------------
30. 
31. // Unsafe.java
32. 
33. public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
34. 
35. int v;
36. 
37. do {
38. 
39. v = getIntVolatile(o, offset);
40. 
41. } while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
42. 
43. return v;
44. 
45. }

根據OpenJDK 8的源碼我們可以看出，getAndAddInt()循環擷取給定對象o中的偏移量處的值v，然後判斷記憶體值是否等于v。如果相等則将記憶體值設定為 v + delta，否則傳回false，繼續循環進行重試，直到設定成功才能退出循環，并且将舊值傳回。整個“比較+更新”操作封裝在compareAndSwapInt()中，在JNI裡是借助于一個CPU指令完成的，屬于原子操作，可以保證多個線程都能夠看到同一個變量的修改值。

後續JDK通過CPU的cmpxchg指令，去比較寄存器中的 A 和記憶體中的值 V。如果相等，就把要寫入的新值 B 存入記憶體中。如果不相等，就将記憶體值 V 指派給寄存器中的值 A。然後通過Java代碼中的while循環再次調用cmpxchg指令進行重試，直到設定成功為止。

CAS雖然很高效，但是它也存在三大問題，這裡也簡單說一下：

1.ABA問題。CAS需要在操作值的時候檢查記憶體值是否發生變化，沒有發生變化才會更新記憶體值。但是如果記憶體值原來是A，後來變成了B，然後又變成了A，那麼CAS進行檢查時會發現值沒有發生變化，但是實際上是有變化的。ABA問題的解決思路就是在變量前面添加版本号，每次變量更新的時候都把版本号加一，這樣變化過程就從“A－B－A”變成了“1A－2B－3A”。

JDK從1.5開始提供了AtomicStampedReference類來解決ABA問題，具體操作封裝在compareAndSet()中。compareAndSet()首先檢查目前引用和目前标志與預期引用和預期标志是否相等，如果都相等，則以原子方式将引用值和标志的值設定為給定的更新值。

2.循環時間長開銷大。CAS操作如果長時間不成功，會導緻其一直自旋，給CPU帶來非常大的開銷。

3.隻能保證一個共享變量的原子操作。對一個共享變量執行操作時，CAS能夠保證原子操作，但是對多個共享變量操作時，CAS是無法保證操作的原子性的。

Java從1.5開始JDK提供了AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性，可以把多個變量放在一個對象裡來進行CAS操作。

2. 自旋鎖 VS 适應性自旋鎖

在介紹自旋鎖前，我們需要介紹一些前提知識來幫助大家明白自旋鎖的概念。

阻塞或喚醒一個Java線程需要作業系統切換CPU狀态來完成，這種狀态轉換需要耗費處理器時間。如果同步代碼塊中的内容過于簡單，狀态轉換消耗的時間有可能比使用者代碼執行的時間還要長。

在許多場景中，同步資源的鎖定時間很短，為了這一小段時間去切換線程，線程挂起和恢複現場的花費可能會讓系統得不償失。如果實體機器有多個處理器，能夠讓兩個或以上的線程同時并行執行，我們就可以讓後面那個請求鎖的線程不放棄CPU的執行時間，看看持有鎖的線程是否很快就會釋放鎖。

而為了讓目前線程“稍等一下”，我們需讓目前線程進行自旋，如果在自旋完成後前面鎖定同步資源的線程已經釋放了鎖，那麼目前線程就可以不必阻塞而是直接擷取同步資源，進而避免切換線程的開銷。這就是自旋鎖。

自旋鎖本身是有缺點的，它不能代替阻塞。自旋等待雖然避免了線程切換的開銷，但它要占用處理器時間。如果鎖被占用的時間很短，自旋等待的效果就會非常好。反之，如果鎖被占用的時間很長，那麼自旋的線程隻會白浪費處理器資源。是以，自旋等待的時間必須要有一定的限度，如果自旋超過了限定次數（預設是10次，可以使用-XX:PreBlockSpin來更改）沒有成功獲得鎖，就應當挂起線程。

自旋鎖的實作原理同樣也是CAS，AtomicInteger中調用unsafe進行自增操作的源碼中的do-while循環就是一個自旋操作，如果修改數值失敗則通過循環來執行自旋，直至修改成功。

自旋鎖在JDK1.4.2中引入，使用-XX:+UseSpinning來開啟。JDK 6中變為預設開啟，并且引入了自适應的自旋鎖（适應性自旋鎖）。

自适應意味着自旋的時間（次數）不再固定，而是由前一次在同一個鎖上的自旋時間及鎖的擁有者的狀态來決定。如果在同一個鎖對象上，自旋等待剛剛成功獲得過鎖，并且持有鎖的線程正在運作中，那麼虛拟機就會認為這次自旋也是很有可能再次成功，進而它将允許自旋等待持續相對更長的時間。如果對于某個鎖，自旋很少成功獲得過，那在以後嘗試擷取這個鎖時将可能省略掉自旋過程，直接阻塞線程，避免浪費處理器資源。

在自旋鎖中另有三種常見的鎖形式:TicketLock、CLHlock和MCSlock，本文中僅做名詞介紹，不做深入講解，感興趣的同學可以自行查閱相關資料。

3. 無鎖 VS 偏向鎖 VS 輕量級鎖 VS 重量級鎖

這四種鎖是指鎖的狀态，專門針對synchronized的。在介紹這四種鎖狀态之前還需要介紹一些額外的知識。

首先為什麼Synchronized能實作線程同步？

在回答這個問題之前我們需要了解兩個重要的概念：“Java對象頭”、“Monitor”。

Java對象頭

synchronized是悲觀鎖，在操作同步資源之前需要給同步資源先加鎖，這把鎖就是存在Java對象頭裡的，而Java對象頭又是什麼呢？

我們以Hotspot虛拟機為例，Hotspot的對象頭主要包括兩部分資料：Mark Word（标記字段）、Klass Pointer（類型指針）。

Mark Word：預設存儲對象的HashCode，分代年齡和鎖标志位資訊。這些資訊都是與對象自身定義無關的資料，是以Mark Word被設計成一個非固定的資料結構以便在極小的空間記憶體存儲盡量多的資料。它會根據對象的狀态複用自己的存儲空間，也就是說在運作期間Mark Word裡存儲的資料會随着鎖标志位的變化而變化。

Klass Point：對象指向它的類中繼資料的指針，虛拟機通過這個指針來确定這個對象是哪個類的執行個體。

Monitor

Monitor可以了解為一個同步工具或一種同步機制，通常被描述為一個對象。每一個Java對象就有一把看不見的鎖，稱為内部鎖或者Monitor鎖。

Monitor是線程私有的資料結構，每一個線程都有一個可用monitor record清單，同時還有一個全局的可用清單。每一個被鎖住的對象都會和一個monitor關聯，同時monitor中有一個Owner字段存放擁有該鎖的線程的唯一辨別，表示該鎖被這個線程占用。

現在話題回到synchronized，synchronized通過Monitor來實作線程同步，Monitor是依賴于底層的作業系統的Mutex Lock（互斥鎖）來實作的線程同步。

如同我們在自旋鎖中提到的“阻塞或喚醒一個Java線程需要作業系統切換CPU狀态來完成，這種狀态轉換需要耗費處理器時間。如果同步代碼塊中的内容過于簡單，狀态轉換消耗的時間有可能比使用者代碼執行的時間還要長”。這種方式就是synchronized最初實作同步的方式，這就是JDK 6之前synchronized效率低的原因。這種依賴于作業系統Mutex Lock所實作的鎖我們稱之為“重量級鎖”，JDK 6中為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗，引入了“偏向鎖”和“輕量級鎖”。

是以目前鎖一共有4種狀态，級别從低到高依次是：無鎖、偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖。鎖狀态隻能更新不能降級。

通過上面的介紹，我們對synchronized的加鎖機制以及相關知識有了一個了解，那麼下面我們給出四種鎖狀态對應的的Mark Word内容，然後再分别講解四種鎖狀态的思路以及特點：

鎖狀态	存儲内容
無鎖	對象的hashCode、對象分代年齡、是否是偏向鎖（0）	01
偏向鎖	偏向線程ID、偏向時間戳、對象分代年齡、是否是偏向鎖（1）
輕量級鎖	指向棧中鎖記錄的指針	00
重量級鎖	指向互斥量（重量級鎖）的指針	10

無鎖沒有對資源進行鎖定，所有的線程都能通路并修改同一個資源，但同時隻有一個線程能修改成功。

無鎖的特點就是修改操作在循環内進行，線程會不斷的嘗試修改共享資源。如果沒有沖突就修改成功并退出，否則就會繼續循環嘗試。如果有多個線程修改同一個值，必定會有一個線程能修改成功，而其他修改失敗的線程會不斷重試直到修改成功。上面我們介紹的CAS原理及應用即是無鎖的實作。無鎖無法全面代替有鎖，但無鎖在某些場合下的性能是非常高的。

偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個線程所通路，那麼該線程會自動擷取鎖，降低擷取鎖的代價。

在大多數情況下，鎖總是由同一線程多次獲得，不存在多線程競争，是以出現了偏向鎖。其目标就是在隻有一個線程執行同步代碼塊時能夠提高性能。

當一個線程通路同步代碼塊并擷取鎖時，會在Mark Word裡存儲鎖偏向的線程ID。線上程進入和退出同步塊時不再通過CAS操作來加鎖和解鎖，而是檢測Mark Word裡是否存儲着指向目前線程的偏向鎖。引入偏向鎖是為了在無多線程競争的情況下盡量減少不必要的輕量級鎖執行路徑，因為輕量級鎖的擷取及釋放依賴多次CAS原子指令，而偏向鎖隻需要在置換ThreadID的時候依賴一次CAS原子指令即可。

偏向鎖隻有遇到其他線程嘗試競争偏向鎖時，持有偏向鎖的線程才會釋放鎖，線程不會主動釋放偏向鎖。偏向鎖的撤銷，需要等待全局安全點（在這個時間點上沒有位元組碼正在執行），它會首先暫停擁有偏向鎖的線程，判斷鎖對象是否處于被鎖定狀态。撤銷偏向鎖後恢複到無鎖（标志位為“01”）或輕量級鎖（标志位為“00”）的狀态。

偏向鎖在JDK 6及以後的JVM裡是預設啟用的。可以通過JVM參數關閉偏向鎖：-XX:-UseBiasedLocking=false，關閉之後程式預設會進入輕量級鎖狀态。

是指當鎖是偏向鎖的時候，被另外的線程所通路，偏向鎖就會更新為輕量級鎖，其他線程會通過自旋的形式嘗試擷取鎖，不會阻塞，進而提高性能。

在代碼進入同步塊的時候，如果同步對象鎖狀态為無鎖狀态（鎖标志位為“01”狀态，是否為偏向鎖為“0”），虛拟機首先将在目前線程的棧幀中建立一個名為鎖記錄（Lock Record）的空間，用于存儲鎖對象目前的Mark Word的拷貝，然後拷貝對象頭中的Mark Word複制到鎖記錄中。

拷貝成功後，虛拟機将使用CAS操作嘗試将對象的Mark Word更新為指向Lock Record的指針，并将Lock Record裡的owner指針指向對象的Mark Word。

如果這個更新動作成功了，那麼這個線程就擁有了該對象的鎖，并且對象Mark Word的鎖标志位設定為“00”，表示此對象處于輕量級鎖定狀态。

如果輕量級鎖的更新操作失敗了，虛拟機首先會檢查對象的Mark Word是否指向目前線程的棧幀，如果是就說明目前線程已經擁有了這個對象的鎖，那就可以直接進入同步塊繼續執行，否則說明多個線程競争鎖。

若目前隻有一個等待線程，則該線程通過自旋進行等待。但是當自旋超過一定的次數，或者一個線程在持有鎖，一個在自旋，又有第三個來訪時，輕量級鎖更新為重量級鎖。

更新為重量級鎖時，鎖标志的狀态值變為“10”，此時Mark Word中存儲的是指向重量級鎖的指針，此時等待鎖的線程都會進入阻塞狀态。

整體的鎖狀态更新流程如下：

綜上，偏向鎖通過對比Mark Word解決加鎖問題，避免執行CAS操作。而輕量級鎖是通過用CAS操作和自旋來解決加鎖問題，避免線程阻塞和喚醒而影響性能。重量級鎖是将除了擁有鎖的線程以外的線程都阻塞。

4. 公平鎖 VS 非公平鎖

公平鎖是指多個線程按照申請鎖的順序來擷取鎖，線程直接進入隊列中排隊，隊列中的第一個線程才能獲得鎖。公平鎖的優點是等待鎖的線程不會餓死。缺點是整體吞吐效率相對非公平鎖要低，等待隊列中除第一個線程以外的所有線程都會阻塞，CPU喚醒阻塞線程的開銷比非公平鎖大。

非公平鎖是多個線程加鎖時直接嘗試擷取鎖，擷取不到才會到等待隊列的隊尾等待。但如果此時鎖剛好可用，那麼這個線程可以無需阻塞直接擷取到鎖，是以非公平鎖有可能出現後申請鎖的線程先擷取鎖的場景。非公平鎖的優點是可以減少喚起線程的開銷，整體的吞吐效率高，因為線程有幾率不阻塞直接獲得鎖，CPU不必喚醒所有線程。缺點是處于等待隊列中的線程可能會餓死，或者等很久才會獲得鎖。

直接用語言描述可能有點抽象，這裡作者用從别處看到的一個例子來講述一下公平鎖和非公平鎖。

如上圖所示，假設有一口水井，有管理者看守，管理者有一把鎖，隻有拿到鎖的人才能夠打水，打完水要把鎖還給管理者。每個過來打水的人都要管理者的允許并拿到鎖之後才能去打水，如果前面有人正在打水，那麼這個想要打水的人就必須排隊。管理者會檢視下一個要去打水的人是不是隊伍裡排最前面的人，如果是的話，才會給你鎖讓你去打水；如果你不是排第一的人，就必須去隊尾排隊，這就是公平鎖。

但是對于非公平鎖，管理者對打水的人沒有要求。即使等待隊伍裡有排隊等待的人，但如果在上一個人剛打完水把鎖還給管理者而且管理者還沒有允許等待隊伍裡下一個人去打水時，剛好來了一個插隊的人，這個插隊的人是可以直接從管理者那裡拿到鎖去打水，不需要排隊，原本排隊等待的人隻能繼續等待。如下圖所示：

接下來我們通過ReentrantLock的源碼來講解公平鎖和非公平鎖。

根據代碼可知，ReentrantLock裡面有一個内部類Sync，Sync繼承AQS（AbstractQueuedSynchronizer），添加鎖和釋放鎖的大部分操作實際上都是在Sync中實作的。它有公平鎖FairSync和非公平鎖NonfairSync兩個子類。ReentrantLock預設使用非公平鎖，也可以通過構造器來顯示的指定使用公平鎖。

下面我們來看一下公平鎖與非公平鎖的加鎖方法的源碼:

通過上圖中的源代碼對比，我們可以明顯的看出公平鎖與非公平鎖的lock()方法唯一的差別就在于公平鎖在擷取同步狀态時多了一個限制條件：hasQueuedPredecessors()。

再進入hasQueuedPredecessors()，可以看到該方法主要做一件事情：主要是判斷目前線程是否位于同步隊列中的第一個。如果是則傳回true，否則傳回false。

綜上，公平鎖就是通過同步隊列來實作多個線程按照申請鎖的順序來擷取鎖，進而實作公平的特性。非公平鎖加鎖時不考慮排隊等待問題，直接嘗試擷取鎖，是以存在後申請卻先獲得鎖的情況。

5. 可重入鎖 VS 非可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖，是指在同一個線程在外層方法擷取鎖的時候，再進入該線程的内層方法會自動擷取鎖（前提鎖對象得是同一個對象或者class），不會因為之前已經擷取過還沒釋放而阻塞。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖，可重入鎖的一個優點是可一定程度避免死鎖。下面用示例代碼來進行分析：

1. public class Widget {
2. 
3. public synchronized void doSomething() {
4. 
5. System.out.println("方法1執行...");
6. 
7. doOthers();
8. 
9. }
10. 
11. 
12. public synchronized void doOthers() {
13. 
14. System.out.println("方法2執行...");
15. 
16. }
17. 
18. }

在上面的代碼中，類中的兩個方法都是被内置鎖synchronized修飾的，doSomething()方法中調用doOthers()方法。因為内置鎖是可重入的，是以同一個線程在調用doOthers()時可以直接獲得目前對象的鎖，進入doOthers()進行操作。

如果是一個不可重入鎖，那麼目前線程在調用doOthers()之前需要将執行doSomething()時擷取目前對象的鎖釋放掉，實際上該對象鎖已被目前線程所持有，且無法釋放。是以此時會出現死鎖。

而為什麼可重入鎖就可以在嵌套調用時可以自動獲得鎖呢？我們通過圖示和源碼來分别解析一下。

還是打水的例子，有多個人在排隊打水，此時管理者允許鎖和同一個人的多個水桶綁定。這個人用多個水桶打水時，第一個水桶和鎖綁定并打完水之後，第二個水桶也可以直接和鎖綁定并開始打水，所有的水桶都打完水之後打水人才會将鎖還給管理者。這個人的所有打水流程都能夠成功執行，後續等待的人也能夠打到水。這就是可重入鎖。

但如果是非可重入鎖的話，此時管理者隻允許鎖和同一個人的一個水桶綁定。第一個水桶和鎖綁定打完水之後并不會釋放鎖，導緻第二個水桶不能和鎖綁定也無法打水。目前線程出現死鎖，整個等待隊列中的所有線程都無法被喚醒。

之前我們說過ReentrantLock和synchronized都是重入鎖，那麼我們通過重入鎖ReentrantLock以及非可重入鎖NonReentrantLock的源碼來對比分析一下為什麼非可重入鎖在重複調用同步資源時會出現死鎖。

首先ReentrantLock和NonReentrantLock都繼承父類AQS，其父類AQS中維護了一個同步狀态status來計數重入次數，status初始值為0。

當線程嘗試擷取鎖時，可重入鎖先嘗試擷取并更新status值，如果status == 0表示沒有其他線程在執行同步代碼，則把status置為1，目前線程開始執行。如果status != 0，則判斷目前線程是否是擷取到這個鎖的線程，如果是的話執行status+1，且目前線程可以再次擷取鎖。而非可重入鎖是直接去擷取并嘗試更新目前status的值，如果status != 0的話會導緻其擷取鎖失敗，目前線程阻塞。

釋放鎖時，可重入鎖同樣先擷取目前status的值，在目前線程是持有鎖的線程的前提下。如果status-1 == 0，則表示目前線程所有重複擷取鎖的操作都已經執行完畢，然後該線程才會真正釋放鎖。而非可重入鎖則是在确定目前線程是持有鎖的線程之後，直接将status置為0，将鎖釋放。

6. 獨享鎖 VS 共享鎖

獨享鎖和共享鎖同樣是一種概念。我們先介紹一下具體的概念，然後通過ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock的源碼來介紹獨享鎖和共享鎖。

獨享鎖也叫排他鎖，是指該鎖一次隻能被一個線程所持有。如果線程T對資料A加上排它鎖後，則其他線程不能再對A加任何類型的鎖。獲得排它鎖的線程即能讀資料又能修改資料。JDK中的synchronized和JUC中Lock的實作類就是互斥鎖。

共享鎖是指該鎖可被多個線程所持有。如果線程T對資料A加上共享鎖後，則其他線程隻能對A再加共享鎖，不能加排它鎖。獲得共享鎖的線程隻能讀資料，不能修改資料。

獨享鎖與共享鎖也是通過AQS來實作的，通過實作不同的方法，來實作獨享或者共享。

下圖為ReentrantReadWriteLock的部分源碼：

我們看到ReentrantReadWriteLock有兩把鎖：ReadLock和WriteLock，由詞知意，一個讀鎖一個寫鎖，合稱“讀寫鎖”。再進一步觀察可以發現ReadLock和WriteLock是靠内部類Sync實作的鎖。Sync是AQS的一個子類，這種結構在CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore裡面也都存在。

在ReentrantReadWriteLock裡面，讀鎖和寫鎖的鎖主體都是Sync，但讀鎖和寫鎖的加鎖方式不一樣。讀鎖是共享鎖，寫鎖是獨享鎖。讀鎖的共享鎖可保證并發讀非常高效，而讀寫、寫讀、寫寫的過程互斥，因為讀鎖和寫鎖是分離的。是以ReentrantReadWriteLock的并發性相比一般的互斥鎖有了很大提升。

那讀鎖和寫鎖的具體加鎖方式有什麼差別呢？在了解源碼之前我們需要回顧一下其他知識。

在最開始提及AQS的時候我們也提到了state字段（int類型，32位），該字段用來描述有多少線程獲持有鎖。

在獨享鎖中這個值通常是0或者1（如果是重入鎖的話state值就是重入的次數），在共享鎖中state就是持有鎖的數量。但是在ReentrantReadWriteLock中有讀、寫兩把鎖，是以需要在一個整型變量state上分别描述讀鎖和寫鎖的數量（或者也可以叫狀态）。于是将state變量“按位切割”切分成了兩個部分，高16位表示讀鎖狀态（讀鎖個數），低16位表示寫鎖狀态（寫鎖個數）。如下圖所示：

了解了概念之後我們再來看代碼，先看寫鎖的加鎖源碼：

1. protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
2. 
3. Thread current = Thread.currentThread();
4. 
5. int c = getState(); // 取到目前鎖的個數
6. 
7. int w = exclusiveCount(c); // 取寫鎖的個數w
8. 
9. if (c != 0) { // 如果已經有線程持有了鎖(c!=0)
10. 
11. // (Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0)
12. 
13. if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) // 如果寫線程數（w）為0（換言之存在讀鎖） 或者持有鎖的線程不是目前線程就傳回失敗
14. 
15. return false;
16. 
17. if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) // 如果寫入鎖的數量大于最大數（65535，2的16次方-1）就抛出一個Error。
18. 
19. throw new Error("Maximum lock count exceeded");
20. 
21. // Reentrant acquire
22. 
23. setState(c + acquires);
24. 
25. return true;
26. 
27. }
28. 
29. if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c + acquires)) // 如果當且寫線程數為0，并且目前線程需要阻塞那麼就傳回失敗；或者如果通過CAS增加寫線程數失敗也傳回失敗。
30. 
31. return false;
32. 
33. setExclusiveOwnerThread(current); // 如果c=0，w=0或者c>0，w>0（重入），則設定目前線程或鎖的擁有者
34. 
35. return true;
36. 
37. }

這段代碼首先取到目前鎖的個數c，然後再通過c來擷取寫鎖的個數w。因為寫鎖是低16位，是以取低16位的最大值與目前的c做與運算（ int w = exclusiveCount(c); ），高16位和0與運算後是0，剩下的就是低位運算的值，同時也是持有寫鎖的線程數目。
在取到寫鎖線程的數目後，首先判斷是否已經有線程持有了鎖。如果已經有線程持有了鎖(c!=0)，則檢視目前寫鎖線程的數目，如果寫線程數為0（即此時存在讀鎖）或者持有鎖的線程不是目前線程就傳回失敗（涉及到公平鎖和非公平鎖的實作）。
如果寫入鎖的數量大于最大數（65535，2的16次方-1）就抛出一個Error。
如果當且寫線程數為0（那麼讀線程也應該為0，因為上面已經處理c!=0的情況），并且目前線程需要阻塞那麼就傳回失敗；如果通過CAS增加寫線程數失敗也傳回失敗。
如果c=0,w=0或者c>0,w>0（重入），則設定目前線程或鎖的擁有者，傳回成功！

tryAcquire()除了重入條件（目前線程為擷取了寫鎖的線程）之外，增加了一個讀鎖是否存在的判斷。如果存在讀鎖，則寫鎖不能被擷取，原因在于：必須確定寫鎖的操作對讀鎖可見，如果允許讀鎖在已被擷取的情況下對寫鎖的擷取，那麼正在運作的其他讀線程就無法感覺到目前寫線程的操作。

是以，隻有等待其他讀線程都釋放了讀鎖，寫鎖才能被目前線程擷取，而寫鎖一旦被擷取，則其他讀寫線程的後續通路均被阻塞。寫鎖的釋放與ReentrantLock的釋放過程基本類似，每次釋放均減少寫狀态，當寫狀态為0時表示寫鎖已被釋放，然後等待的讀寫線程才能夠繼續通路讀寫鎖，同時前次寫線程的修改對後續的讀寫線程可見。

接着是讀鎖的代碼：

1. protected final int tryAcquireShared(int unused) {
2. 
3. Thread current = Thread.currentThread();
4. 
5. int c = getState();
6. 
7. if (exclusiveCount(c) != 0 &&
8. 
9. getExclusiveOwnerThread() != current)
10. 
11. return -1; // 如果其他線程已經擷取了寫鎖，則目前線程擷取讀鎖失敗，進入等待狀态
12. 
13. int r = sharedCount(c);
14. 
15. if (!readerShouldBlock() &&
16. 
17. r < MAX_COUNT &&
18. 
19. compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
20. 
21. if (r == 0) {
22. 
23. firstReader = current;
24. 
25. firstReaderHoldCount = 1;
26. 
27. } else if (firstReader == current) {
28. 
29. firstReaderHoldCount++;
30. 
31. } else {
32. 
33. HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
34. 
35. if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
36. 
37. cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
38. 
39. else if (rh.count == 0)
40. 
41. readHolds.set(rh);
42. 
43. rh.count++;
44. 
45. }
46. 
47. return 1;
48. 
49. }
50. 
51. return fullTryAcquireShared(current);
52. 
53. }

可以看到在tryAcquireShared(int unused)方法中，如果其他線程已經擷取了寫鎖，則目前線程擷取讀鎖失敗，進入等待狀态。如果目前線程擷取了寫鎖或者寫鎖未被擷取，則目前線程（線程安全，依靠CAS保證）增加讀狀态，成功擷取讀鎖。讀鎖的每次釋放（線程安全的，可能有多個讀線程同時釋放讀鎖）均減少讀狀态，減少的值是“1<<16”。是以讀寫鎖才能實作讀讀的過程共享，而讀寫、寫讀、寫寫的過程互斥。

此時，我們再回頭看一下互斥鎖ReentrantLock中公平鎖和非公平鎖的加鎖源碼：

我們發現在ReentrantLock雖然有公平鎖和非公平鎖兩種，但是它們添加的都是獨享鎖。根據源碼所示，當某一個線程調用lock方法擷取鎖時，如果同步資源沒有被其他線程鎖住，那麼目前線程在使用CAS更新state成功後就會成功搶占該資源。而如果公共資源被占用且不是被目前線程占用，那麼就會加鎖失敗。是以可以确定ReentrantLock無論讀操作還是寫操作，添加的鎖都是都是獨享鎖。