搞懂樂觀鎖和悲觀鎖,這一篇就夠了!

1. 樂觀鎖

樂觀鎖顧名思義就是在操作時很樂觀,認爲操作不會產生併發問題(不會有其他線程對數據進行修改),因此不會上鎖。但是在更新時會判斷其他線程在這之前有沒有對數據進行修改,一般會使用版本號機制CAS(compare and swap)算法實現。
簡單理解:這裏的數據,別想太多,你儘管用,出問題了算我慫,即操作失敗後事務回滾、提示。

1.1 版本號機制

1.1.1 實現套路:

  • 取出記錄時,獲取當前version
  • 更新時,帶上這個version
  • 執行更新時, set version = newVersion where version = oldVersion
  • 如果version不對,就更新失敗

核心SQL:

update table set name = 'Aron', version = version + 1 where id = #{id} and version = #{version};  

1.1.2 實例-Mybatis-plus 樂觀鎖實現

原文查看請點擊 Mybatis-plus 樂觀鎖實現

1.2 CAS算法

樂觀鎖的另一種技術技術,當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時,只有其中一個線程能更新變量的值,而其它線程都失敗,失敗的線程並不會被掛起,而是被告知這次競爭中失敗,並可以再次嘗試。

CAS 操作中包含三個操作數 :

  • 需要讀寫的內存位置V
  • 進行比較的預期原值A
  • 擬寫入的新值B

如果內存位置V的值與預期原值A相匹配,那麼處理器會自動將該位置值更新爲新值B。否則處理器不做任何操作。無論哪種情況,它都會在 CAS 指令之前返回該位置的值(在 CAS 的一些特殊情況下將僅返回 CAS 是否成功,而不提取當前值)。CAS 有效地說明了“ 我認爲位置 V 應該包含值 A;如果包含該值,則將 B 放到這個位置;否則,不要更改該位置,只告訴我這個位置現在的值即可。 ”這其實和樂觀鎖的衝突檢查+數據更新的原理是一樣的。

1.2.1 實例-concurrent包的實現

由於javaCAS同時具有 volatile 讀和volatile寫的內存語義,因此Java線程之間的通信現在有了下面四種方式:

  1. A線程寫volatile變量,隨後B線程讀這個volatile變量。
  2. A線程寫volatile變量,隨後B線程用CAS更新這個volatile變量。
  3. A線程用CAS更新一個volatile變量,隨後B線程用CAS更新這個volatile變量。
  4. A線程用CAS更新一個volatile變量,隨後B線程讀這個volatile變量。

JavaCAS會使用現代處理器上提供的高效機器級別原子指令,這些原子指令以原子方式對內存執行讀-改-寫操作,這是在多處理器中實現同步的關鍵(從本質上來說,能夠支持原子性讀-改-寫指令的計算機器,是順序計算圖靈機的異步等價機器,因此任何現代的多處理器都會去支持某種能對內存執行原子性讀-改-寫操作的原子指令)。同時,volatile變量的讀/寫和CAS可以實現線程之間的通信。把這些特性整合在一起,就形成了整個concurrent包得以實現的基石。

仔細分析concurrent包的源代碼實現,會發現一個通用化的實現模式:

  1. 首先,聲明共享變量爲volatile;  
  2. 然後,使用CAS的原子條件更新來實現線程之間的同步;
  3. 同時,配合以volatile的讀/寫和CAS所具有的volatile讀和寫的內存語義來實現線程

1.2.2 缺點

  • ABA問題

比如說一個線程T1從內存位置V中取出A,這時候另一個線程T2也從內存中取出A,並且T2進行了一些操作變成了B,然後T2又將V位置的數據變成A,這時候線程T1進行CAS操作發現內存中仍然是A,然後T1操作成功。儘管線程T1CAS操作成功,但可能存在潛藏的問題。

  • 循環時間長開銷大

自旋CAS(不成功,就一直循環執行,直到成功)如果長時間不成功,會給CPU帶來非常大的執行開銷。如果JVM能支持處理器提供的pause指令那麼效率會有一定的提升,pause指令有兩個作用,第一它可以延遲流水線執行指令(de-pipeline),使CPU不會消耗過多的執行資源,延遲的時間取決於具體實現的版本,在一些處理器上延遲時間是零。第二它可以避免在退出循環的時候因內存順序衝突(memory order violation)而引起CPU流水線被清空(CPU pipeline flush),從而提高CPU的執行效率。

  • 只能保證一個共享變量的原子操作

當對一個共享變量執行操作時,我們可以使用循環CAS的方式來保證原子操作,但是對多個共享變量操作時,循環CAS就無法保證操作的原子性,這個時候就可以用鎖,或者有一個取巧的辦法,就是把多個共享變量合併成一個共享變量來操作。比如有兩個共享變量i = 2,j = a,合併一下ij = 2a,然後用CAS來操作ij。從Java 1.5開始JDK提供了AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性,你可以把多個變量放在一個對象裏來進行CAS操作。

2. 悲觀鎖

總是假設最壞的情況,每次取數據時都認爲其他線程會修改,所以都會加(悲觀)鎖。一旦加鎖,不同線程同時執行時,只能有一個線程執行,其他的線程在入口處等待,直到鎖被釋放。

悲觀鎖在MySQLJava有廣泛的使用

  • MySQL的讀鎖、寫鎖、行鎖等
  • Javasynchronized關鍵字

3. 總結

讀的多,衝突機率小,樂觀鎖。
寫的多,衝突機率大,悲觀鎖。
高併發,悲觀鎖。

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