面试必备----------------乐观锁与悲观锁

何谓悲观锁与乐观锁

 

何谓悲观锁与乐观锁
乐观锁对应于生活中乐观的人老是想着事情往好的方向发展，悲观锁对应于生活中悲观的人老是想着事情往坏的方向发展。这两种人各有优缺点，不能不以场景而定说一种人好于另一种人。

悲观锁
老是假设最坏的状况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，因此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不少这种锁机制，好比行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在作操做以前先上锁。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

乐观锁
老是假设最好的状况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，因此不会上锁，可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，这样能够提升吞吐量，像数据库提供的相似于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，咱们知道两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另外一种，像乐观锁适用于写比较少的状况下（多读场景），即冲突真的不多发生的时候，这样能够省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但若是是多写的状况，通常会常常产生冲突，这就会致使上层应用会不断的进行retry，这样反却是下降了性能，因此通常多写的场景下用悲观锁就比较合适。

乐观锁常见的两种实现方式：

乐观锁通常会使用版本号机制或CAS算法实现。

1. 版本号机制
通常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，不然重试更新操做，直到更新成功。

举一个简单的例子：
假设数据库中账户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前账户余额字段（ balance ）为 $100 。

操做员 A 此时将其读出（ version=1 ），并从其账户余额中扣除 50（50（100-$50 ）。
在操做员 A 操做的过程当中，操做员B 也读入此用户信息（ version=1 ），并从其账户余额中扣除 20（20（100-$20 ）。
操做员 A 完成了修改工做，将数据版本号加一（ version=2 ），连同账户扣除后余额（ balance=$50 ），提交至数据库更新，此时因为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 。
操做员 B 完成了操做，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，操做员 B 提交的数据版本号为 2 ，数据库记录当前版本也为 2 ，不知足 “ 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，所以，操做员 B 的提交被驳回。
这样，就避免了操做员 B 用基于 version=1 的旧数据修改的结果覆盖操做员A 的操做结果的可能。

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，即不使用锁的状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状况下实现变量的同步，因此也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。CAS算法涉及到三个操做数

须要读写的内存值 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经过原子方式用新值B来更新V的值，不然不会执行任何操做（比较和替换是一个原子操做）。通常状况下是一个自旋操做，即不断的重试。

乐观锁的缺点
ABA 问题是乐观锁一个常见的问题

1 ABA 问题
若是一个变量V初次读取的时候是A值，而且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那咱们就能说明它的值没有被其余线程修改过了吗？很明显是不能的，由于在这段时间它的值可能被改成其余值，而后又改回A，那CAS操做就会误认为它历来没有被修改过。这个问题被称为CAS操做的 “ABA”问题。

JDK 1.5 之后的 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，而且当前标志是否等于预期标志，若是所有相等，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）若是长时间不成功，会给CPU带来很是大的执行开销。 若是JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有必定的提高，pause指令有两个做用，第一它能够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。第二它能够避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引发CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提升CPU的执行效率。

3 只能保证一个共享变量的原子操做
CAS 只对单个共享变量有效，当操做涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。可是从 JDK 1.5开始，提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你能够把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操做.因此咱们可使用锁或者利用AtomicReference类把多个共享变量合并成一个共享变量来操做。

CAS与synchronized的使用情景
简单的来讲CAS适用于写比较少的状况下（多读场景，冲突通常较少），synchronized适用于写比较多的状况下（多写场景，冲突通常较多）

对于资源竞争较少（线程冲突较轻）的状况，使用synchronized同步锁进行线程阻塞和唤醒切换以及用户态内核态间的切换操做额外浪费消耗cpu资源；而CAS基于硬件实现，不须要进入内核，不须要切换线程，操做自旋概率较少，所以能够得到更高的性能。对于资源竞争严重（线程冲突严重）的状况，CAS自旋的几率会比较大，从而浪费更多的CPU资源，效率低于synchronized。补充： Java并发编程这个领域中synchronized关键字一直都是元老级的角色，好久以前不少人都会称它为 “重量级锁” 。可是，在JavaSE 1.6以后进行了主要包括为了减小得到锁和释放锁带来的性能消耗而引入的 偏向锁 和 轻量级锁 以及其它各类优化以后变得在某些状况下并非那么重了。synchronized的底层实现主要依靠 Lock-Free 的队列，基本思路是 自旋后阻塞，竞争切换后继续竞争锁，稍微牺牲了公平性，但得到了高吞吐量。在线程冲突较少的状况下，能够得到和CAS相似的性能；而线程冲突严重的状况下，性能远高于CAS。--------------------- 做者：SnailClimb在CSDN 来源：CSDN 原文：https://blog.csdn.net/qq_34337272/article/details/81072874 版权声明：本文为博主原创文章，转载请附上博文连接！