悲观锁和乐观锁的理解(整理&转载)
悲观锁
概念:
悲观锁就是总是假设会发生最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以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)。
样例:
如数据库中的行锁,表锁等,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。
使用情景:
悲观锁在写多读少的情况使用,因为写多的情况,一般都会经常产生冲突,这就会导致上层应用会不断的进行retry,需要使用悲观锁,防止冲突。悲观锁虽然并发不是很高,但是它不允许脏读。
具体实现:
当数据库设置为不自动提交时,进行操作将对数据进行加锁,等待执行完成后,开锁
connection = dbUtils.getConnection();
connection.setAutoCommit(false);
//具体数据库实现
connection.commit();
乐观锁
概念:
乐观锁就是总是假设最好的情况,每次去拿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。
样例:
数据库提供的类似于write_condition机制。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。
使用情景:
乐观锁适用于多读少写的情况使用,因为写少,冲突就比较少发生,这样可以省去了锁的开销,加大了系统的整个吞吐量。乐观锁并发高并且性能也很好
具体实现:
1.版本号或时间戳字段实现
给表加一个版本号或时间戳字段实现,当读取数据时,将version字段的值一同读出,数据每更新一次,对此version值加一。当我们提交更新的时候,判断当前版本信息与第一次取出来的版本值大小,如果数据库表当前版本号与第一次取出来的version值相等,则予以更新,否则认为是过期数据,拒绝更新,让用户重新操作。
update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};
2.CAS算法实现(compare and swap<比较与交换>)
是一种有名的无锁算法。它涉及到三个操作数:内存值、预期值、新值,当且仅当预期值和内存值相等时才将内存值修改为新值。(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。
缺陷:
1.ABA 问题
ABA就是一个值在初次读取的时候到准备赋值的时候都是A,但是中间不可能保证不被其他线程改过,CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。
解决:java在1.5以后为我们提供了AtomicMarkableReference和AtomicStampedReference类,为我们解决了问题。
AtomicStampedReference是利用版本戳的形式记录了每次改变以后的版本号,这样的话就不会存在ABA问题了
2.循环时间长开销大
自旋CAS(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。
解决: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。
解决: java在1.5以后为我们提供了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。