悲观锁和乐观锁并不是某个具体的“锁”而是一种并发编程的基本概念,是根据看待并发同步的角度;
悲观锁和乐观锁是用来解决并发问题的两种思想,在不同的平台有着各自的实现。
废话不多,开始讲解
1、悲观锁
- 悲观锁是基于一种悲观的态度类来防止一切数据冲突,它是以一种预防的姿态在修改数据之前把数据锁住,然后再对数据进行读写,在它释放锁之前任何人都不能对其数据进行操作,直到前面一个人把锁释放后下一个人数据加锁才可对数据进行加锁,然后才可以对数据进行操作,一般数据库本身锁的机制都是基于悲观锁的机制实现的;
- 特点:可以完全保证数据的独占性和正确性,因为每次请求都会先对数据进行加锁, 然后进行数据操作,最后再解锁,而加锁释放锁的过程会造成消耗,所以性能不高;
- 悲观锁通常多用于写多比较多的情况下(多写场景),避免频繁失败和重试影响性能
2、乐观锁
- 乐观锁是对于数据冲突保持一种乐观态度,操作数据时不会对操作的数据进行加锁(这使得多个任务可以并行的对数据进行操作),只有到数据提交的时候才通过一种机制来验证数据是否存在冲突(一般实现方式是通过加版本号然后进行版本号的对比方式实现);
- 特点:乐观锁是一种并发类型的锁,其本身不对数据进行加锁通而是通过业务实现锁的功能,不对数据进行加锁就意味着允许多个请求同时访问数据,同时也省掉了对数据加锁和解锁的过程,这种方式因为节省了悲观锁加锁的操作,所以可以一定程度的的提高操作的性能,不过在并发非常高的情况下,会导致大量的请求冲突,冲突导致大部分操作无功而返而浪费资源,所以在高并发的场景下,乐观锁的性能却反而不如悲观锁;
- 乐观锁通常多于写比较少的情况下(多读场景),避免频繁加锁影响性能,大大提升了系统的吞吐量;
3、实现乐观锁算法
乐观锁一般会使用版本号机制或 CAS 算法实现
①版本号机制
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
②CAS 算法
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
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;
4、乐观锁问题
①ABA 问题
- 一个变量 V 初次读取的时候是 A 值,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是 A 值,那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?很明显是不能的,因为在这段时间它的值可能被改为其他值,然后又改回 A,那 CAS 操作就会误认为它从来没有被修改过。这个问题被称为 CAS 操作的 "ABA"问题;
- ABA 问题的解决思路是在变量前面追加上版本号或者时间戳。JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 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引用,并且当前标志是否等于预期标志,如果全部相等,则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值
②循环时间长开销大
CAS 经常会用到自旋操作来进行重试,也就是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
③只能保证一个共享变量的原子操作
CAS 只对单个共享变量有效,当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。但是从 JDK 1.5 开始,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.所以我们可以使用锁或者利用AtomicReference类把多个共享变量合并成一个共享变量来操作