悲觀鎖

悲觀鎖是平時開發(fā)中經(jīng)常用到的一種鎖，比如ReentrantLock和synchronized等就是這種思想的體現(xiàn)，它總是假設(shè)別的線程在拿線程的時候都會修改數(shù)據(jù)，所以每次拿到數(shù)據(jù)的時候都會上鎖，這樣別的線程想拿這個數(shù)據(jù)就會被阻塞。如圖所示：

 

synchronized是悲觀鎖的一種實(shí)現(xiàn)，一般我們都會有這樣使用：

private static Object monitor = new Object();

public static void main(String[] args) throws Exception {
    //鎖一段代碼塊
    synchronized (monitor){

    }
}
//鎖實(shí)例方法，鎖對象是this，即該類實(shí)例本身
public synchronized void doSome(){

}
//鎖靜態(tài)方法，鎖對象是該類，即XXX.class
public synchronized static void add(){

}

我們以最簡單的同步代碼塊來分析，其實(shí)就是將synchronized作用于一個給定的實(shí)例對象monitor，即當(dāng)前實(shí)例對象就是鎖對象，每次當(dāng)線程進(jìn)入synchronized包裹的代碼塊時就會要求當(dāng)前線程持有monitor實(shí)例對象鎖，如果當(dāng)前有其他線程正持有該對象鎖，那么新到的線程就必須等待，這樣也就保證了每次只有一個線程執(zhí)行synchronized內(nèi)包裹的代碼塊。

從上面的分析中可以看出，悲觀鎖是獨(dú)占和排他的，只要操作資源都會對資源進(jìn)行加鎖。假設(shè)讀多寫少的情況下，使用悲觀鎖的效果就不是很好。這時就引出了接下來要講的樂觀鎖。

樂觀鎖

樂觀鎖，顧名思義它總是假設(shè)最好的情況，線程每次去拿數(shù)據(jù)時都認(rèn)為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數(shù)據(jù)，如果這個數(shù)據(jù)沒有被更新，當(dāng)前線程將自己修改的數(shù)據(jù)成功寫入。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)被其他線程更新，則根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)方式執(zhí)行不同的操作（例如報錯或者自動重試）。如圖所示：

 

一般樂觀鎖在java中是通過無鎖編程實(shí)現(xiàn)的，最常見的就是CAS算法，比如Java并發(fā)包中的原子類的遞增操作就是通過CAS算法實(shí)現(xiàn)的。

CAS算法，其實(shí)就是Compare And Swap(比較與交換)的意思。目的就是將內(nèi)存的值更新為需要的值，但是有個條件，內(nèi)存值必須與期待的原內(nèi)存值相同。展開來說，我們有三個變量，內(nèi)存值M，期望的內(nèi)存值E，更新值U，只有當(dāng)M==E時，才會將M更新為U。

CAS算法實(shí)現(xiàn)的樂觀鎖在很多地方有應(yīng)用，比如并發(fā)包的原子類AtomicInteger類。在自增的時候就使用到CAS算法。

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

//var1 是this指針
//var2 是偏移量
//var4 是自增量
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        //獲取內(nèi)存，稱之為期待的內(nèi)存值E
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //var5 + var4的結(jié)果是更新值U
        //這里使用JNI方法，每個線程將自己內(nèi)存中的內(nèi)存值M與var5期望值比較，
        //如果相同則更新為var5 + var4，返回true跳出循環(huán)。
        //如果不相同，則把內(nèi)存值M更新為最新的內(nèi)存值，然后自旋，直到更新成功為止
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
 //返回更新后的值
    return var5;
}

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

所以可以看出CAS算法其實(shí)是無鎖的。好處是在讀多寫少的情況下，性能是比較好的。那么CAS算法的缺點(diǎn)其實(shí)也是很明顯的。

• ABA問題。線程C將內(nèi)存值A(chǔ)改成了B后，又改成了A，而線程D會認(rèn)為內(nèi)存值A(chǔ)沒有改變過，這個問題就稱為ABA問題。解決辦法很簡單，在變量前面加上版本號，每次變量更新的時候變量的     版本號都+1，即     A->B->A就變成了     1A->2B->3A。
• 在寫多讀少的情況下，也就是頻繁更新數(shù)據(jù)，那么會導(dǎo)致其他線程經(jīng)常更新失敗，那么就會進(jìn)入自旋，自旋時會     占用CPU資源。如果資源競爭激烈，多線程自旋的時間長，導(dǎo)致     消耗資源。

使用場景

在讀多寫少的場景下，更新時很少發(fā)生沖突，使用樂觀鎖，減少了上鎖和釋放鎖的開銷，可以有效地提升系統(tǒng)的性能。

相反，在寫多讀少的場景下，如果使用樂觀鎖會導(dǎo)致更新時經(jīng)常產(chǎn)生沖突，然后線程會循環(huán)重試，這樣會增大CPU的消耗。在這種情況下，建議可以使用悲觀鎖。