1 何为乐观锁与悲观锁？

乐观锁对应于生活中乐观的人总是想着事情往好的方向发展，悲观锁对应于生活中悲观的人总是想着事情往坏的方向发展。这两种人各有优缺点，不能不以场景而定说一种人好于另外一种人。

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别人有没有去更新这个数据，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，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。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 实现的。

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。Java 中 synchronized 和 ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

使用场景

• 从上面对两种锁的介绍，我们知道两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一 种，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

2 实现方式

2.1 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。

2.1.1 版本号机制

一般是在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。

举一个简单的例子： 假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（ balance ）为 $100 。

• 操作员 A 此时将其读出（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $50（ $100-$50 ）。
• 在操作员 A 操作的过程中，操作员 B 也读入此用户信息（version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $20 （ $100-$20 ）。
• 操作员 A 完成了修改工作，将数据版本号加一（ version=2 ），连同帐户扣除后余额（ balance=$50 ），提交至数据库更新，此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录version 更新为 2 。
• 操作员 B 完成了操作，也将版本号加一（ version=2 ）试图向数据库提交数据（ balance=$80 ），但此时比对数据库记录版本时发现，操作员 B 提交的数据版本号为 2 ，数据库记录当前版本也为 2 ，不满足 “ 提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新 “ 的乐观锁策略，因此，操作员 B 的提交被驳回。

这样，就避免了操作员 B 用基于 version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员A的操作结果的可能。

2.1.2 CAS 算法

即 compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blockingSynchronization）。CAS 算法涉及到三个操作：

1. 需要读写的内存值V
2. 进行比较的值A
3. 拟写入的新值B

当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V 的值，否则不会执行任何操作（比较和替换是一个原子操作）。一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。

2.2 悲观锁实现方式

通过数据库锁机制实现，即对查询语句添加for update关键字。

如下sql语句 select * from table where id = 1 for update 当一个请求A开启事务并执行此sql同时未提交事务时，另一个线程B发起请求，此时B将阻塞在加了锁的查询语句上，直到A请求的事务提交或者回滚，B才会继续执行，保证了访问的隔离性。

悲观锁优缺点分析，优点是每一次行数据的访问都是独占的，只有当正在访问该行数据的请求事务提交以后，其他请求才能依次访问该数据，否则将阻塞等待锁的获取。悲观锁可以严格保证数据访问的安全，但是缺点也明显，即每次请求都会额外产生加锁的开销且未获取到锁的请求将会阻塞等待锁的获取，在高并发环境下，容易造成大量请求阻塞，影响系统可用性。另外，悲观锁使用不当还可能产生死锁的情况。

使用场景举例：以MySQL InnoDB为例

商品goods表中有一个字段status，status为1代表商品未被下单，status为2代表商品已经被下单，那么我们对某个商品下单时必须确保该商品status为1。假设商品的id为1。

如果不采用锁，那么操作方法如下：

--1.查询出商品信息
select status from t_goods where id=1;
--2.根据商品信息生成订单
insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);
--3.修改商品status为2
update t_goods set status=2;

上面这种场景在高并发访问的情况下很可能会出现问题。

前面已经提到，只有当goods status为1时才能对该商品下单，上面第一步操作中，查询出来的商品status为1。但是当我们执行第三步Update操作的时候，有可能出现其他人先一步对商品下单把goods status修改为2了，但是我们并不知道数据已经被修改了，这样就可能造成同一个商品被下单2次，使得数据不一致。所以说这种方式是不安全的。

使用悲观锁来实现：

在上面的场景中，商品信息从查询出来到修改，中间有一个处理订单的过程，使用悲观锁的原理就是，当我们在查询出goods信息后就把当前的数据锁定，直到我们修改完毕后再解锁。那么在这个过程中，因为goods被锁定了，就不会出现有第三者来对其进行修改了。

注：要使用悲观锁，我们必须关闭mysql数据库的自动提交属性，因为MySQL默认使用autocommit模式，也就是说，当你执行一个更新操作后，MySQL会立刻将结果进行提交。

我们可以使用命令设置MySQL为非autocommit模式：

set autocommit=0;

设置完autocommit后，我们就可以执行我们的正常业务了。具体如下：

--0.开始事务
begin;/begin work;/start transaction; (三者选一就可以)
--1.查询出商品信息
select status from t_goods where id=1 for update;
--2.根据商品信息生成订单
insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);
--3.修改商品status为2
update t_goods set status=2;
--4.提交事务
commit;/commit work;

注：上面的begin/commit为事务的开始和结束，因为在前一步我们关闭了mysql的autocommit，所以需要手动控制事务的提交，在这里就不细表了。

上面的第一步我们执行了一次查询操作：select status from t_goods where id=1 for update;

与普通查询不一样的是，我们使用了select…for update的方式，这样就通过数据库实现了悲观锁。此时在t_goods表中，id为1的 那条数据就被我们锁定了，其它的事务必须等本次事务提交之后才能执行。这样我们可以保证当前的数据不会被其它事务修改。

注：需要注意的是，在事务中，只有SELECT ... FOR UPDATE 或LOCK IN SHARE MODE 同一笔数据时会等待其它事务结束后才执行，一般SELECT ... 则不受此影响。拿上面的实例来说，当我执行select status from t_goods where id=1 for update;后。我在另外的事务中如果再次执行select status from t_goods where id=1 for update;则第二个事务会一直等待第一个事务的提交，此时第二个查询处于阻塞的状态，但是如果我是在第二个事务中执行select status from t_goods where id=1;则能正常查询出数据，不会受第一个事务的影响。

补充：MySQL select…for update的Row Lock与Table Lock

上面我们提到，使用select…for update会把数据给锁住，不过我们需要注意一些锁的级别，MySQL InnoDB默认Row-Level Lock，所以只有「明确」地指定主键，MySQL 才会执行Row lock (只锁住被选取的数据) ，否则MySQL 将会执行Table Lock (将整个数据表单给锁住)。

3 乐观锁的缺点

ABA问题是乐观锁一个常见的问题

3.1 ABA问题

如果一个变量 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。

JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 类就提供了此种能力，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。

3.2 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。

3.3 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。

CAS与synchronized的使用情景

简单的来说 CAS 适用于写比较少的情况下（多读场景，冲突一般较少），synchronized 适用于写比较多的情况下（多写场景，冲突一般较多）。

• 对于资源竞争较少（线程冲突较轻）的情况，使用 synchronized 同步锁进行线程阻塞和唤醒切换以及用户态内核态间的切换操作额外浪费消耗 cpu 资源；而 CAS 基于硬件实现，不需要进入内核，不需要切换线程，操作自旋几率较少，因此可以获得更高的性能。
• 对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS 自旋的概率会比较大，从而浪费更多的 CPU 资源，效率低于 synchronized。

补充： Java 并发编程这个领域中 synchronized 关键字一直都是元老级的角色，很久之前很多人都会称它为 “重量级锁” 。但是，在 JavaSE 1.6 之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的 偏向锁 和 轻量级锁 以及其它各种优化之后变得在某些情况下并不是那么重了。synchronized 的底层实现主要依靠 Lock-Free 的队列，基本思路是 自旋后阻塞，竞争切换后继续竞争锁，稍微牺牲了公平性，但获得了高吞吐量。在线程冲突较少的情况下，可以获得和 CAS 类似的性能；而线程冲突严重的情况下，性能远高于CAS。