思维导图

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悲观锁

悲观锁是平时开发中经常用到的一种锁，比如ReentrantLock和synchronized等就是这种思想的体现，它总是假设别的线程在拿线程的时候都会修改数据，所以每次拿到数据的时候都会上锁，这样别的线程想拿这个数据就会被阻塞。如图所示：

synchronized是悲观锁的一种实现，一般我们都会有这样使用：

private static Object monitor = new Object();

public static void main(String[] args) throws Exception {
    //锁一段代码块
    synchronized (monitor){

    }
}
//锁实例方法，锁对象是this，即该类实例本身
public synchronized void doSome(){

}
//锁静态方法，锁对象是该类，即XXX.class
public synchronized static void add(){

}

我们以最简单的同步代码块来分析，其实就是将synchronized作用于一个给定的实例对象monitor，即当前实例对象就是锁对象，每次当线程进入synchronized包裹的代码块时就会要求当前线程持有monitor实例对象锁，如果当前有其他线程正持有该对象锁，那么新到的线程就必须等待，这样也就保证了每次只有一个线程执行synchronized内包裹的代码块。

从上面的分析中可以看出，悲观锁是独占和排他的，只要操作资源都会对资源进行加锁。假设读多写少的情况下，使用悲观锁的效果就不是很好。这时就引出了接下来要讲的乐观锁。

乐观锁

乐观锁，顾名思义它总是假设最好的情况，线程每次去拿数据时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，如果这个数据没有被更新，当前线程将自己修改的数据成功写入。如果数据已经被其他线程更新，则根据不同的实现方式执行不同的操作（例如报错或者自动重试）。如图所示：

一般乐观锁在java中是通过无锁编程实现的，最常见的就是CAS算法，比如Java并发包中的原子类的递增操作就是通过CAS算法实现的。

CAS算法，其实就是Compare And Swap(比较与交换)的意思。目的就是将内存的值更新为需要的值，但是有个条件，内存值必须与期待的原内存值相同。展开来说，我们有三个变量，内存值M，期望的内存值E，更新值U，只有当M==E时，才会将M更新为U。

CAS算法实现的乐观锁在很多地方有应用，比如并发包的原子类AtomicInteger类。在自增的时候就使用到CAS算法。

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

//var1 是this指针
//var2 是偏移量
//var4 是自增量
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        //获取内存，称之为期待的内存值E
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //var5 + var4的结果是更新值U
        //这里使用JNI方法，每个线程将自己内存中的内存值M与var5期望值比较，
        //如果相同则更新为var5 + var4，返回true跳出循环。
        //如果不相同，则把内存值M更新为最新的内存值，然后自旋，直到更新成功为止
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    //返回更新后的值
    return var5;
}

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

所以可以看出CAS算法其实是无锁的。好处是在读多写少的情况下，性能是比较好的。那么CAS算法的缺点其实也是很明显的。

• ABA问题。线程C将内存值A改成了B后，又改成了A，而线程D会认为内存值A没有改变过，这个问题就称为ABA问题。解决办法很简单，在变量前面加上版本号，每次变量更新的时候变量的版本号都+1，即A->B->A就变成了1A->2B->3A。
• 在写多读少的情况下，也就是频繁更新数据，那么会导致其他线程经常更新失败，那么就会进入自旋，自旋时会占用CPU资源。如果资源竞争激烈，多线程自旋的时间长，导致消耗资源。

使用场景

在读多写少的场景下，更新时很少发生冲突，使用乐观锁，减少了上锁和释放锁的开销，可以有效地提升系统的性能。

相反，在写多读少的场景下，如果使用乐观锁会导致更新时经常产生冲突，然后线程会循环重试，这样会增大CPU的消耗。在这种情况下，建议可以使用悲观锁。

总结

在日常的开发中，悲观锁和乐观锁应该是见得最多，用得最多的锁，比如最常见的synchronized和ReentrantLock是悲观锁，并发包中的原子类和ConcurrentHashMap则用了乐观锁。锁的实现并不复杂，关键是搞懂这两种锁的思想，这样才能在合适的地方使用合适的锁。

这篇文章就讲到这里了，希望看完后能有所收获，感谢你的阅读。

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