一、概述
1. Java读写锁理论
锁的种类：
(1) 独享/共享锁 (广义)
独占锁：是指该锁一次只能被一个线程锁持有，eg：ReentrantLock、Sychronized；
共享锁：是指该锁可被多个线程持有，eg: ReentrantReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独占锁；
(2) 互斥/读写锁 (具体)
互斥锁：在访问共享资源之前对其进行加锁操作，在访问完成之后进行解锁操作；
加锁后，任何其他试图再次加锁的线程会被阻塞，直到当前线程解锁，eg: ReentrantLock；
读写锁：读写锁既是独占锁，又是共享锁，读时共享，写时互斥，eg: ReentrantReadWriteLock；
(3) 公平/非公平锁
公平锁：公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁；
非公平锁：非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁，有可能会造成饥饿现象。
对于Java ReentrantLock和而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的控制线程对锁的获取， 所以并没有任何办法使其变成公平锁。
(4) 可重入/不可重入锁
可重入锁又名递归锁，是指同一个线程在外层方法获取锁之后，在进入内层方法会也可以获取锁，
即：在一个线程中可以多次获取同一把锁。eg: ReentrantLock、ReadWriteLock和Synchronized都是可重入锁。
可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁，可重入锁加锁和解锁的次数要相等。
(5) 乐观锁/悲观锁
乐观锁/悲观锁不是指具体类型的锁，而是看待并发的角度。
悲观锁: 悲观锁认为存在很多并发更新操作，采取加锁操作，如果不加锁一定会有问题
乐观锁: 乐观锁认为不存在很多的并发更新操作，不需要加锁。数据库中乐观锁的实现一般采用版本号，Java中可使用CAS实现乐观锁。
(6) 分段锁
分段锁是一种锁的设计，并不是一种具体的锁。对于ConcuttentHashMap就是通过分段锁实现高效的并发操作。
(7) 自旋锁
自旋锁是指尝试获取锁的线程不会阻塞，而是采用循环的方式尝试获取锁。好处是减少上下文切换，缺点是一直占用CPU资源。
(8) 偏向锁 / 轻量级锁 / 重量级锁
这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
偏向锁: 偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，降低获取锁的代价。
轻量级锁: 轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量级锁: 重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申
请的线程进入阻塞，性能降低。
多个线程同时读一个资源类的时候是没有任何问题，所以为了满足并发量，读取共享资源应该同时进行。但是，如果有一个线程想去写共享资源，就不应该有其他线程去读或者写。
写操作：原子+独占，整个过程必须是一个完整体，中间不能有任何中断。
读-读共存、读-写不共存、写-读不共存、写-写不共存
2. 原子性与原子操作
线程安全性：
当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者着写进程如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或者协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。
线程安全主要体现在三个方面：原子性、可见性、有序性。
2.1 原子性
原子性提供了互斥访问，同一时刻只能有一个线程对它进行操作。
所以解决原子性问题的重要条件是：同一时刻只能有一个线程对共享变量进行操作，即互斥。如果我们能够保证对共享变量的修改是互斥的，那么无聊单核CPU还是多核CPU，都能保证原子性。
以下三种方法都可以保证原子操作：
(1) Atomic
Atomic包下提供的类利用CAS保证操作的原子性。
(2) 原子性锁
实现锁的两种方式：
1）synchronized：在作用对象的作用范围内，依赖JVM实现操作的原子性；
2）Lock：依赖特殊的CPU指令，代码实现，如ReentrantLock(本章不做说明)；
注：子类继承父类时，如果父类中有syncronized修饰的方法，syncronized关键字是不会继承过去的，因为syncronized关键字不属于方法声明的一部分。
(3) Atomic、Synchronized、Lock对比
syncronized：不可中断锁，适合竞争不激烈场景，可读性好;
Lock：可中断锁，多样化同步，竞争激烈时能维持常态，需要大量代码实现;
Atomic：竞争激烈时能维持常态，比Lock性能好；缺点是一次只能同步一个值，虽然提供了AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater也只是一次同步一个对象。
此外，CAS操作也可以保证原子性。
2.2 可见性
一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到。
导致共享变量在线程间不可见的原因：
a. 线程交叉执行;
b. 代码重排序结合线程交叉执行;
c. 共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存之间及时更新;
解决：
(1) syncronized
JMM关于syncronized的两条规定：
1) 线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中；
2) 线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使得使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（注意，加锁与解锁是同一把锁）
由于syncronized可以保证原子性及可见性，变量只要被syncronized修饰，就可以放心的使用.
(2) volatile
通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现可见性。
具体实现过程：
1）对volatile变量写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存;
2）对volatile变量读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令，从主内存中读取共享变量;
注：volatile不能保证操作的原子性，也就是不能保证线程安全性。
如果需要使用volatile必须满足以下两个条件：
1）对变量的写操作不依赖与变量当前的值。
2）该变量没有包含在具有其他变量的不变的式子中。
所以volatile修饰的变量适合作为状态标记量。
2.3 有序性
Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。
volatile、syncronized、Lock都可保证有序性。
一系列操作如果无法保证happens-before原则，就说这段操作无法保证有序性。
happens-before原则:
1）程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作;
2）锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的Lock()操作;
3）volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作;
4）传递规则：如果操作A先行发生与操作B，而操作B先行发生于操作C，则操作A先行发生于操作C；
5）线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作；
6）线程终端规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生与被中断线程的代码检测到中断事件的发生（只有执行了interrupt()方法才可以检测到中断事件的发生）；
7）线程终结规则：线程中所有操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束，Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行；
8）对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始；
总结：
此外，在实际的业务过程中也经常用到原子性，只顾过和多线程的原子性有点区别:
原子性：
原子性是指一个或者多个操作要么全部执行，并且执行的过程中不会被任何因素打断，要么全部都不执行的特性。
例如账户之间的转账问题，就是一个很经典的原子性问题：Ａ账户向Ｂ账户转入１００元钱，A账户减去100和B账户加上100就必须具备原子性，这才不会有问题。
原子操作：
原子操作(atomic operation)，是指不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何的环境切换。
eg: java中的事物管理
3. 锁模型
我们把一段需要互斥执行的代码称为临界区。线程在进入临界区之前，首先尝试加锁，如果成功，则进入临界区，此时我们称这个线程持有锁。否则就等待或者阻塞，直到持有锁的线程释放锁。持有锁的线程执行完临界区的代码后，执行解锁。
二、使用
1. ReentrantLock / ReentrantReadWriteLock
ReentrantLock：
ReentrantLock重入锁和synchronize关键字都是互斥排他锁，，作用是一样的，都是实现锁的功能，同一时间只能有一个线程在执行任务，虽然保证了线程的安全性，但是效率不高。但是ReentrantLock需要手写代码对锁进行获取和释放(一定要在finally里面释放)，要不然就永远死锁了。ReentrantLock也可以用来做线程之间的挂起和通知，synchronize一般是使用object的wait和notify来实现，ReentrantLock使用Condition来实现线程之间的通信。
ReentrantReadWriteLock：
ReentrantReadWriteLock是接口ReadWriteLock的实现类，ReentrantReadWriteLock读写锁是一个读写分离的锁，其读锁是共享锁，其写锁是独占锁，读锁的共享性可保证并发读是非常高效的，读写、写读、写写的过程都是互斥的。
这种锁主要用于读多写少的业务场景，口诀就是：读读共享、写写互斥、读写互斥。