乐观锁、悲观锁,这一篇就够了!

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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。
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:

A 线程写 volatile 变量,随后 B 线程读这个 volatile 变量。

A 线程写 volatile 变量,随后 B 线程用 CAS 更新这个 volatile 变量。

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。

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:

首先,声明共享变量为 volatile;
然后,使用 CAS 的原子条件更新来实现线程之间的同步;
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,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。高并发,悲观锁。
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正文完
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