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乐观锁悲观锁-这篇文章告诉你该怎么选择

jiezi

1. 乐观锁

乐观锁顾名思义就是在操作时很乐观，认为操作不会产生并发问题 (不会有其他线程对数据进行修改)，因此不会上锁。但是在更新时会判断其他线程在这之前有没有对数据进行修改，一般会使用 版本号机制 或CAS(compare and swap)算法实现。
简单理解：这里的数据，别想太多，你尽管用，出问题了算我怂，即操作失败后事务回滚、提示。版本号、CAS 这 2 种方法本质上是一样的：假如满足条件，做你想做的事，条件判断是原子的或者是快速的，耗时几乎不计。

1.1 版本号机制

1.1.1 实现套路：
  • 取出记录时，获取当前version
  • 更新时，带上这个version
  • 执行更新时，set version = newVersion where version = oldVersion
  • 如果 version 不对，就更新失败

核心 SQL：

update table set name = 'Aron', version = version + 1 where id = #{id} and version = #{version};
1.1.2 实例 -Mybatis-plus 乐观锁实现

原文查看请点击 Mybatis-plus 乐观锁实现

1.2 CAS 算法

乐观锁的另一种技术技术，当多个线程尝试使用 CAS 同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

CAS 操作中包含三个操作数 :

  • 需要读写的内存位置V
  • 进行比较的预期原值A
  • 拟写入的新值B

如果内存位置 V 的值与预期原值 A 相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值B。否则处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前值）。CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”这其实和乐观锁的冲突检查 + 数据更新的原理是一样的。

1.2.1 实例 -concurrent 包的实现

由于 java 的CAS同时具有 volatile 读和 volatile 写的内存语义，因此 Java 线程之间的通信现在有了下面四种方式：

  1. A线程写 volatile 变量，随后 B 线程读这个 volatile 变量。
  2. A线程写 volatile 变量，随后 B 线程用 CAS 更新这个 volatile 变量。
  3. A线程用 CAS 更新一个 volatile 变量，随后 B 线程用 CAS 更新这个 volatile 变量。
  4. A线程用 CAS 更新一个 volatile 变量，随后 B 线程读这个 volatile 变量。

Java的 CAS 会使用现代处理器上提供的高效机器级别原子指令，这些原子指令以原子方式对内存执行读 - 改 - 写操作，这是在多处理器中实现同步的关键（从本质上来说，能够支持原子性读 - 改 - 写指令的计算机器，是顺序计算图灵机的异步等价机器，因此任何现代的多处理器都会去支持某种能对内存执行原子性读 - 改 - 写操作的原子指令）。同时，volatile变量的读 / 写和 CAS 可以实现线程之间的通信。把这些特性整合在一起，就形成了整个 concurrent 包得以实现的基石。

仔细分析 concurrent 包的源代码实现，会发现一个通用化的实现模式：

  1. 首先，声明共享变量为volatile；
  2. 然后，使用 CAS 的原子条件更新来实现线程之间的同步；
  3. 同时，配合以 volatile 的读 / 写和 CAS 所具有的 volatile 读和写的内存语义来实现线程
1.2.2 缺点
  • ABA问题

比如说一个线程 T1 从内存位置 V 中取出 A，这时候另一个线程T2 也从内存中取出 A，并且T2 进行了一些操作变成了 B，然后T2 又将 V 位置的数据变成 A，这时候线程T1 进行 CAS 操作发现内存中仍然是 A，然后T1 操作成功。尽管线程 T1 的CAS操作成功，但可能存在潜藏的问题。

  • 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。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。

  • 只能保证一个共享变量的原子操作

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环 CAS 就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量 i = 2,j = a，合并一下ij = 2a，然后用CAS 来操作 ij。从 Java 1.5 开始 JDK 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。

2. 悲观锁

总是假设最坏的情况（想法很悲观），每次取数据时都认为其他线程会修改，所以都会加（悲观）锁。一旦加锁，不同线程同时执行时, 只能有一个线程执行，其他的线程在入口处等待，直到锁被释放。

悲观锁在 MySQL、Java 有广泛的使用

  • MySQL的读锁、写锁、行锁等
  • Java的 synchronized 关键字

3. 总结

读的多，冲突几率小，乐观锁。
写的多，冲突几率大，悲观锁。

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