乐观锁和悲观锁的使用介绍

什么是悲观锁？

悲观锁总是假设最坏的情况，认为共享资源每次被访问的时候就会出现问题(比如共享数据被修改)，所以每次在获取资源操作的时候都会上锁，这样其他线程想拿到这个资源就会阻塞直到锁被上一个持有者释放。也就是说，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。

像 Java 中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

什么是乐观锁？

乐观锁总是假设最好的情况，认为共享资源每次被访问的时候不会出现问题，线程可以不停地执行，无需加锁也无需等待，只是在提交修改的时候去验证对应的资源（也就是数据）是否被其它线程修改了（具体方法可以使用版本号机制或 CAS 算法）。像 Java 中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类（比如AtomicInteger、LongAdder）就是使用了乐观锁的一种实现方式 CAS 实现的。

乐观锁和悲观锁的实现方式

乐观锁的实现方

乐观锁的实现方式主要有两种：CAS机制和版本号机制

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 值为当前数据库中的 version 值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

CAS 算法CAS 的全称是 Compare And Swap（比较与交换） ，用于实现乐观锁，被广泛应用于各大框架中。CAS 的思想很简单，就是用一个预期值和要更新的变量值进行比较，两值相等才会进行更新。

CAS 是一个原子操作，底层依赖于一条 CPU 的原子指令。

原子操作 即最小不可拆分的操作，也就是说操作一旦开始，就不能被打断，直到操作完成。

CAS 涉及到三个操作数：

• V：要更新的变量值(Var)
• E：预期值(Expected)
• N：拟写入的新值(New)

当且仅当 V 的值等于 E 时，CAS 通过原子方式用新值 N 来更新 V 的值。如果不等，说明已经有其它线程更新了 V，则当前线程放弃更新。

Java 语言并没有直接实现 CAS，CAS 相关的实现是通过 C++ 内联汇编的形式实现的（JNI 调用）。因此， CAS 的具体实现和操作系统以及 CPU 都有关系。
un.misc包下的Unsafe类提供了compareAndSwapObject、compareAndSwapInt、compareAndSwapLong方法来实现的对Object、int、long类型的 CAS 操作

乐观锁存在哪些问题？

ABA问题是乐观锁最常见的问题

1.ABA问题

如果一个变量 V 的值初次是A值，再次赋值的时候检查到它还是A值，那么我们也不能认为它没有被其它线程修改过，原因就是再我们修改的过程中，它的值可能你已经被修改了，只不过又改回了A ，此时CAS操作就会误认为v 的值从来没有被修改过，这个问题就被称为”ABA“ 问题。

解决ABA问题的方法就是使用 在变量前面加上版本号机制或者时间戳。JDK1.5 以后的AtomicStepedReference 类就是用来解决 ABA 问题的，其中的 compareAndSet()方法就是首先检查当前引用是否等于预期值，并且判断当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子的方式将该引用的值 和 该标志的值修改为指定的值。

2.高竞争下的开销问题 在并发冲突概率大的高竞争环境下，如果CAS一直失败，会一直重试，CPU开销较大。

针对这个问题的一个思路是引入退出机制，如重试次数超过一定阈值后失败退出。

当然，更重要的是避免在高竞争环境下使用乐观锁。

3.功能限制 CAS的功能是比较受限的，例如CAS只能保证单个变量（或者说单个内存值）操作的原子性，这意味着：

(1)原子性不一定能保证线程安全，例如在Java中需要与volatile配合来保证线程安全；

(2)当涉及到多个变量(内存值)时，CAS也无能为力。

总结

乐观锁： 乐观锁在操作数据时非常乐观，认为别人不会同时修改数据。因此乐观锁不会上锁，只是在执行更新的时候判断一下在此期间别人是否修改了数据：如果别人修改了数据则放弃操作，否则执行操作。
悲观锁： 悲观锁在操作数据时比较悲观，认为别人会同时修改数据。
因此操作数据时直接把数据锁住，直到操作完成后才会释放锁；上锁期间其他人不能修改数据。