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悲觀鎖

悲觀鎖是平時開發中經常用到的一種鎖，比如ReentrantLock和synchronized等就是這種思想的體現，它總是假設別的線程在拿線程的時候都會修改數據，所以每次拿到數據的時候都會上鎖，這樣別的線程想拿這個數據就會被阻塞。如圖所示：

synchronized是悲觀鎖的一種實現，一般我們都會有這樣使用：

private static Object monitor = new Object();

public static void main(String[] args) throws Exception {
    //鎖一段代碼塊
    synchronized (monitor){

    }
}
//鎖實例方法，鎖對象是this，即該類實例本身
public synchronized void doSome(){

}
//鎖靜態方法，鎖對象是該類，即XXX.class
public synchronized static void add(){

}

我們以最簡單的同步代碼塊來分析，其實就是將synchronized作用於一個給定的實例對象monitor，即當前實例對象就是鎖對象，每次當線程進入synchronized包裹的代碼塊時就會要求當前線程持有monitor實例對象鎖，如果當前有其他線程正持有該對象鎖，那麼新到的線程就必須等待，這樣也就保證了每次只有一個線程執行synchronized內包裹的代碼塊。

從上面的分析中可以看出，悲觀鎖是獨佔和排他的，只要操作資源都會對資源進行加鎖。假設讀多寫少的情況下，使用悲觀鎖的效果就不是很好。這時就引出了接下來要講的樂觀鎖。

樂觀鎖

樂觀鎖，顧名思義它總是假設最好的情況，線程每次去拿數據時都認為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，如果這個數據沒有被更新，當前線程將自己修改的數據成功寫入。如果數據已經被其他線程更新，則根據不同的實現方式執行不同的操作（例如報錯或者自動重試）。如圖所示：

一般樂觀鎖在java中是通過無鎖編程實現的，最常見的就是CAS算法，比如Java併發包中的原子類的遞增操作就是通過CAS算法實現的。

CAS算法，其實就是Compare And Swap(比較與交換)的意思。目的就是將內存的值更新為需要的值，但是有個條件，內存值必須與期待的原內存值相同。展開來說，我們有三個變量，內存值M，期望的內存值E，更新值U，只有當M==E時，才會將M更新為U。

CAS算法實現的樂觀鎖在很多地方有應用，比如併發包的原子類AtomicInteger類。在自增的時候就使用到CAS算法。

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

//var1 是this指針
//var2 是偏移量
//var4 是自增量
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        //獲取內存，稱之為期待的內存值E
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //var5 + var4的結果是更新值U
        //這裡使用JNI方法，每個線程將自己內存中的內存值M與var5期望值比較，
        //如果相同則更新為var5 + var4，返回true跳出循環。
        //如果不相同，則把內存值M更新為最新的內存值，然後自旋，直到更新成功為止
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    //返回更新後的值
    return var5;
}

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

所以可以看出CAS算法其實是無鎖的。好處是在讀多寫少的情況下，性能是比較好的。那麼CAS算法的缺點其實也是很明顯的。

• ABA問題。線程C將內存值A改成了B後，又改成了A，而線程D會認為內存值A沒有改變過，這個問題就稱為ABA問題。解決辦法很簡單，在變量前面加上版本號，每次變量更新的時候變量的版本號都+1，即A->B->A就變成了1A->2B->3A。
• 在寫多讀少的情況下，也就是頻繁更新數據，那麼會導致其他線程經常更新失敗，那麼就會進入自旋，自旋時會佔用CPU資源。如果資源競爭激烈，多線程自旋的時間長，導致消耗資源。

使用場景

在讀多寫少的場景下，更新時很少發生衝突，使用樂觀鎖，減少了上鎖和釋放鎖的開銷，可以有效地提升系統的性能。

相反，在寫多讀少的場景下，如果使用樂觀鎖會導致更新時經常產生衝突，然後線程會循環重試，這樣會增大CPU的消耗。在這種情況下，建議可以使用悲觀鎖。

總結

在日常的開發中，悲觀鎖和樂觀鎖應該是見得最多，用得最多的鎖，比如最常見的synchronized和ReentrantLock是悲觀鎖，併發包中的原子類和ConcurrentHashMap則用了樂觀鎖。鎖的實現並不複雜，關鍵是搞懂這兩種鎖的思想，這樣才能在合適的地方使用合適的鎖。

這篇文章就講到這裡了，希望看完後能有所收穫，感謝你的閱讀。

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