什么是乐观锁和悲观锁-程序员宅基地

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一、什么是乐观锁

乐观锁，顾名思义就是总是假设最好的情况，每次获取数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上 锁，但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，可以使用版本号机制和 CAS 算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于 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。 

二、什么是悲观锁

悲观锁，顾名思义就是总是假设最坏的情况，每次获取数据的时候都认为别人会修改，所以每次在获取数据的时候都会上锁，这样别人想获取这个数据就会阻塞直到它拿到锁后才可以获取（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，当前线程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很多这种锁机制，比如行锁、表锁、读锁、写锁等，都是在做操作之前先上锁。Java 中 synchronized 和 ReentrantLock 等独占锁就是悲观锁思想的实现。

三、两种锁的使用场景

  从上面对两种锁的介绍，我们知道两种锁各有优缺点，我们不可以简单的认为它们哪一种更好 ，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即实际冲突很少发生的 时候，这样可以省去加锁造成的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是在多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行重试，这样反倒是降低了性能，所以一般在多写的场景下使用悲观锁就比较合适。   

四、乐观锁常见的两种实现方式

乐观锁一般会使用版本号机制或 CAS 算法实现。
 
（1）版本号机制
   一般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 值与当前数据库中的 version 值相等时才更新，否则将会重试更新操作，直到更新成功。
这里举一个简单的例子进行说明：
假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（balance）为 $100 。
① 操作员 A 此时将其读出（version=1），并从其帐户余额中扣除 $50（$100-$50）。
② 在操作员 A 操作的过程中，操作员 B 也读入此用户信息（version=1），并从其帐户余额中扣除 $20（$100-$20）。
③ 操作员 A 完成了修改工作，将数据版本号加一（version=2），连同帐户扣除后余额（balance=$50），提交至数据库更新，此时由于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 。
④ 操作员 B 完成了操作，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，操作员 B 提交的数据版本号为 2 ，数据库记录当前版本也为 2 ，不满足 “ 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，
因此，操作员 B 的提交被驳回。这样就避免了操作员 B 用基于 ver sion=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员 A 的操作结果的可能。    
 
（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，即不使用锁的情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情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。
CAS 算法 涉及到三个操作数：
① 需要读写的内存值 V
② 进行比较的值 A
③ 拟写入的新值 B
当且仅当 V 的值等于 A 时， CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V 的值，否则不会执行任何操作（比较和替换是一个原子操作）。一般情况下是一个自旋操作，即 不断的重试。

五、乐观锁的缺点

（1）ABA 问题
ABA 问题是乐观锁的一个常见问题。如果一个变量 V 初次读取的时候是 A 值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是 A 值，那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗？很明显是不能的，因为在这段时间它的值可能被改为其他值，然后又改回 A，那 CAS 操作就会误认为它从来没有被修改过。这个问题被称为 CAS 操作的 "ABA" 问题。
 
JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 类就提供了解决 ABA 问题的方法，其中的 compareAndSet 方法就是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，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 （也就是更新不成功就一直循环执行直到成功）如果长时间不成功，会给CPU 带来非常大的执行开销。 如果 JVM 能支持处理器提供的 pause 指令那么效率会有一定的提升，pause 指令有两个作用，第一它可以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。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation ）而引起 CPU 流水线被清空（CPU pipeline flush ），从而提高 CPU 的执行效率。
 
（3） 只能保证一个共享变量的原子操作
CAS 只对单个共享变量有效，当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。但是从 JDK 1.5 开始，提供了 AtomicReference 类 来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作。 所以我们可以使用锁或者利用 AtomicReference 类 把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。

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