面试系列之-悲观锁和乐观锁（JAVA基础）

悲观锁

总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁（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）。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。在Java中，synchronized从偏向锁、轻量级锁到重量级锁，全是悲观锁。JDK提供的Lock实现类全是悲观锁； 手动加悲观锁 读锁：LOCK tables test_db read，释放锁：UNLOCK TABLES; 写锁：LOCK tables test_db WRITE，释放锁：UNLOCK TABLES; 读锁与写锁 如果要更新数据，那么加锁的时候就直接加写锁，一个线程持有写锁的时候别的线程无论读还是写都需要等待； 如果是读取数据仅为了前端展示，那么加锁时就明确地加一个读锁，其他线程如果也要加读锁，不需要等待，可以直接获取（读锁计数器+1）； 虽然读写锁感觉与乐观锁有点像，但是读写锁是悲观锁策略。因为读写锁并没有在更新前判断值有没有被修改过，而是在加锁前决定应该用读锁还是写锁； ●优点：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; ●缺点：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;

乐观锁

总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下，在此期间有没有别人去更新这个数据，可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS；

形象化记忆：乐观锁认为对数据的操作不会产生冲突，所以不会加锁，而是在提交更新的时候才会对数据的冲突与否进行检测。如果发现冲突，要么再重试一次，要么切换为悲观的策略。乐观并发控制要解决的是数据库并发场景下的写-写冲突，指用无锁的方式去解决。

乐观锁是一种并发类型的锁，其本身并不对数据进行加锁，而是通循环重试CAS进而实现锁的功能，其不对数据进行加锁就意味着允许多个线程同时读取（因为根本没有加锁操作）数据，但是只有一个线程可以成功更新数据，并导致其他要更新数据的线程回滚重试，这种方式大大的提高了数据操作的性能，因为整个过程中并没有“加锁”和“解锁”操作，因此乐观锁策略也被称为无锁编程；乐观锁常见的两种实现方式

乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现；实现机制

t1和t2线程同时去修改内存中的同一变量56，他们会把主内存的值完全拷贝一份到自己的工作内存空间，所以t1和t2线程的预期值都为56； 假设t1在与t2线程竞争中，线程t1能去更新变量的值，而其他线程都失败（失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次发起尝试）； t1线程去更新变量值改为57，然后写到内存中。此时对于t2来说，内存值变为了57，与预期值56不一致，就操作失败了（想改的值不再是原来的值）；

通俗的解释是：CPU去更新一个值，但如果想改的值不再是原来的值，操作就失败，因为很明显，有其它操作先改变了这个值。就是指当两者进行比较时，如果相等，则证明共享数据没有被修改，替换成新值，然后继续往下运行；如果不相等，说明共享数据已经被修改，放弃已经所做的操作。当同步冲突出现的机会很少时，这种假设能带来较大的性能提升；CAS算法的缺点

ABA 问题及其 解决方案thread1意图对val=1进行操作变成2，cas(val,1,2)；thread1先读取val=1；可是thread1被抢占，让thread2运行；thread2修改val=3，又修改回1。thread1继续执行，发现期望值与“原值”（其实被修改过了）相同，完成CAS操作；添加额外的标记用来指示是否被修改：从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用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；循环时间长，开销大

自旋CAS（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

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；悲观锁机制存在以下问题

●在多线程竞争下，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题； ●一个线程持有锁后，会导致其他所有抢占此锁的线程挂起； ●如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁；

就会导致线程的优先级倒置，从而引发性能风险。解决以上悲观锁的这些问题的有效方式是使用乐观锁去替代悲观锁。与之类似数据库操作中的带版本号数据更新、JUC包的原子类，都使用了乐观锁的方式提升性能；两者的比较

1乐观锁并未真正加锁（不是真正的锁），效率高。一旦锁的粒度掌握不好，更新失败的概率就会比较高，容易发生业务失败； 2悲观锁依赖数据库锁，效率低。更新失败的概率比较低； 3悲观锁阻塞事务，乐观锁回滚重试，它们各有优缺点，不要认为一种一定好于另一种。像乐观锁适用于写比较少的情况下，即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果经常产生冲突，上层应用会不断的进行重试，这样反倒是降低了性能，所以这种情况下用悲观锁就比较合适；