java的乐观锁和悲观锁

参考：

https://www.cnblogs.com/jyroy/p/11365935.html

https://www.jianshu.com/p/ae25eb3cfb5d

乐观锁和悲观锁

乐观锁和悲观锁是一种广义上的概念，体现了看待线程同步的不同角度。

乐观锁：对于并发操作产生的线程安全问题持乐观态度，认为自己在使用数据时不会有别的线程修改数据，所以不会添加锁，只是在更新数据的时候去判断之前有没有别的线程更新了这个数据，如果这个数据没有被更新，当前线程将自己修改的数据成功写入。如果数据已经被其他线程更新，则执行其他操作，如报错或自动重试。乐观锁最常用的是CAS算法，java java.util.concurrent包下的原子类(例如AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong)中的递增操作通过CAS自旋来实现。

悲观锁：它是对于并发操作时产生的线程安全持悲观心态，悲观锁认为竞争总会发生，因此每次对于某些进行操作时，都会持有一个独占的锁，像synchronied和lock的实现类都是悲观锁。

 

适用场景：
悲观锁适用于写操作多的场景，先加锁可以保证写操作时数据正确。
乐观锁适合读操作多的场景，不加锁可以使读操作的性能大幅提升。

什么是CAS？

CAS：比较与交换 ，是一种无锁算法。在不适用锁（没有线程阻塞）的情况下实现多线程之间的变量同步。java.util.concurrent包的原子类就是通过cas来实现乐观锁。

CAS算法涉及到三个操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。
更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

看个例子：

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

4、线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

5、线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

6、这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。线程1可以进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

 

前面我们说到java java.util.concurrent包下的原子类的自增操作是利用了CAS思想。我们查看AtomicInteger的自增函数incrementAndGet()，发现自增函数底层调用的是unsafe.getAndAddInt()。进一步查看unsafe.getAndAddInt() 的实现。

从上图中的源码中，我们可以看到getAndAddInt()循环获取给定对象O中的偏移量处的值v,然后判断内存值是否等于v, 如果相等则将内存值设置为v+delta，否则返回false，继续循环进行充实，知道设置成功才能推出循环，并且将旧值返回。整个“比较和更新”操作封装在compareAndSwapInt()，在JNI里借助于一个CPU指令完成的，属于原子操作，可以保证多个线程都能够看到同一个变量的修改值。
 

CAS的缺点：

1.CPU开销较大
在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2.不能保证多个的原子性。
CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用独占锁了。

3、 ABA问题。CAS需要在操作值的时候检查内存值是否发生变化，没有发生变化才会更新内存值。但是如果内存值原来是A，后来变成了B，然后又变成了A，那么CAS进行检查时会发现值没有发生变化，但是实际上是有变化的。ABA问题的解决思路就是在变量前面添加版本号，每次变量更新的时候都把版本号加一，这样变化过程就从“A－B－A”变成了“1A－2B－3A”。

JDK从1.5开始提供了AtomicStampedReference类来解决ABA问题，具体操作封装在compareAndSet()中。compareAndSet()首先检查当前引用和当前标志与预期引用和预期标志是否相等，如果都相等，则以原子方式将引用值和标志的值设置为给定的更新值。

一个使用AtomicInteger的例子：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
class Untitled {

    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //每个线程让count自增100次
                    for (int i = 0; i < 100; i++) {
                        count.incrementAndGet();
                    }
                }
            }).start();
        }

        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }
}

换成Synchronized：

class Untitled {
	private static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //每个线程让count自增100次
                    for (int i = 0; i < 100; i++) {
                        synchronized (Untitled.class){
                            count++;
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }

        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }
}