樂觀鎖 悲觀鎖 CAS

 原文:https://blog.csdn.net/qq_34337272/article/details/81072874

 

一 樂觀鎖

總是假設最好的情況,每次去拿數據的時候都認爲別人不會修改,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,可以使用版本號機制和CAS算法實現。樂觀鎖適用於多讀的應用類型,這樣可以提高吞吐量,像數據庫提供的類似於write_condition機制,其實都是提供的樂觀鎖。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子變量類就是使用了樂觀鎖的一種實現方式CAS實現的。


實現:

1. 版本號機制

一般是在數據表中加上一個數據版本號version字段,表示數據被修改的次數,當數據被修改時,version值會加一。當線程A要更新數據值時,在讀取數據的同時也會讀取version值,在提交更新時,若剛纔讀取到的version值爲當前數據庫中的version值相等時才更新,否則重試更新操作,直到更新成功。

2. CAS算法

即compare and swap(比較與交換),是一種有名的無鎖算法。無鎖編程,即不使用鎖的情況下實現多線程之間的變量同步,也就是在沒有線程被阻塞的情況下實現變量的同步,所以也叫非阻塞同步(Non-blocking Synchronization)。CAS算法涉及到三個操作數

  •     需要讀寫的內存值 V
  •     進行比較的值 A
  •     擬寫入的新值 B

當且僅當 V 的值等於 A時,CAS通過原子方式用新值B來更新V的值,否則不會執行任何操作(比較和替換是一個原子操作)。一般情況下是一個自旋操作,即不斷的重試。

CAS算法的缺點:

1 ABA 問題

如果一個變量V初次讀取的時候是A值,並且在準備賦值的時候檢查到它仍然是A值,那我們就能說明它的值沒有被其他線程修改過了嗎?很明顯是不能的,因爲在這段時間它的值可能被改爲其他值,然後又改回A,那CAS操作就會誤認爲它從來沒有被修改過。這個問題被稱爲CAS操作的 “ABA”問題。

2 循環時間長開銷大

自旋CAS(也就是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。

 

二 悲觀鎖

總是假設最壞的情況,每次去拿數據的時候都認爲別人會修改,所以每次在拿數據的時候都會上鎖,這樣別人想拿這個數據就會阻塞直到它拿到鎖(共享資源每次只給一個線程使用,其它線程阻塞,用完後再把資源轉讓給其它線程)。傳統的關係型數據庫裏邊就用到了很多這種鎖機制,比如行鎖,表鎖等,讀鎖,寫鎖等,都是在做操作之前先上鎖。Java中synchronizedReentrantLock等獨佔鎖就是悲觀鎖思想的實現,適用於多寫場景

 

三  各自的使用場景

(以synchronized 代表悲觀鎖,以CAS算法代表樂觀鎖)

  • 對於資源競爭較少(線程衝突較輕)的情況,使用synchronized同步鎖進行線程阻塞和喚醒切換以及用戶態內核態間的切換操作額外浪費消耗cpu資源;而CAS基於硬件實現,不需要進入內核,不需要切換線程,操作自旋機率較少,因此可以獲得更高的性能。
  • 對於資源競爭嚴重(線程衝突嚴重)的情況,CAS自旋的概率會比較大,從而浪費更多的CPU資源,效率低於synchronized。
     
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