何謂悲觀鎖與樂(lè)觀鎖
樂(lè)觀鎖對(duì)應(yīng)于生活中樂(lè)觀的人總是想著事情往好的方向發(fā)展载萌，悲觀鎖對(duì)應(yīng)于生活中悲觀的人總是想著事情往壞的方向發(fā)展搏予。這兩種人各有優(yōu)缺點(diǎn)慎玖，不能不以場(chǎng)景而定說(shuō)一種人好于另外一種人句旱。
悲觀鎖
總是假設(shè)最壞的情況争占，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖闷袒，這樣別人想拿這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)阻塞直到它拿到鎖（共享資源每次只給一個(gè)線程使用坑律，其它線程阻塞，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其它線程）囊骤。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制晃择，比如行鎖，表鎖等也物，讀鎖宫屠，寫(xiě)鎖等，都是在做操作之前先上鎖焦除。Java中synchronized和ReentrantLock等獨(dú)占鎖就是悲觀鎖思想的實(shí)現(xiàn)激况。
樂(lè)觀鎖
總是假設(shè)最好的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改膘魄，所以不會(huì)上鎖乌逐，但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒(méi)有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)，可以使用版本號(hào)機(jī)制和CAS算法實(shí)現(xiàn)创葡。樂(lè)觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類(lèi)型浙踢，這樣可以提高吞吐量，像數(shù)據(jù)庫(kù)提供的類(lèi)似于write_condition機(jī)制灿渴，其實(shí)都是提供的樂(lè)觀鎖洛波。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子變量類(lèi)就是使用了樂(lè)觀鎖的一種實(shí)現(xiàn)方式CAS實(shí)現(xiàn)的。
[]兩種鎖的使用場(chǎng)景
從上面對(duì)兩種鎖的介紹骚露，我們知道兩種鎖各有優(yōu)缺點(diǎn)蹬挤，不可認(rèn)為一種好于另一種，像樂(lè)觀鎖適用于寫(xiě)比較少的情況下（多讀場(chǎng)景）棘幸，即沖突真的很少發(fā)生的時(shí)候焰扳，這樣可以省去了鎖的開(kāi)銷(xiāo)，加大了系統(tǒng)的整個(gè)吞吐量。但如果是多寫(xiě)的情況吨悍，一般會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生沖突扫茅，這就會(huì)導(dǎo)致上層應(yīng)用會(huì)不斷的進(jìn)行retry，這樣反倒是降低了性能育瓜，所以一般多寫(xiě)的場(chǎng)景下用悲觀鎖就比較合適葫隙。
樂(lè)觀鎖常見(jiàn)的兩種實(shí)現(xiàn)方式
樂(lè)觀鎖一般會(huì)使用版本號(hào)機(jī)制或CAS算法實(shí)現(xiàn)。
版本號(hào)機(jī)制
一般是在數(shù)據(jù)表中加上一個(gè)數(shù)據(jù)版本號(hào)version字段躏仇，表示數(shù)據(jù)被修改的次數(shù)恋脚，當(dāng)數(shù)據(jù)被修改時(shí)，version值會(huì)加一焰手。當(dāng)線程A要更新數(shù)據(jù)值時(shí)慧起，在讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)也會(huì)讀取version值，在提交更新時(shí)册倒，若剛才讀取到的version值為當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中的version值相等時(shí)才更新，否則重試更新操作磺送，直到更新成功驻子。
舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子： 假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中帳戶信息表中有一個(gè) version 字段，當(dāng)前值為 1 估灿；而當(dāng)前帳戶余額字段（ balance ）為 $100 崇呵。
- 操作員 A 此時(shí)將其讀出（ version=1 ），并從其帳戶余額中扣除
100-$50 ）馅袁。
- 在操作員 A 操作的過(guò)程中域慷，操作員B 也讀入此用戶信息（ version=1 ），并從其帳戶余額中扣除
100-$20 ）汗销。
- 操作員 A 完成了修改工作犹褒，將數(shù)據(jù)版本號(hào)加一（ version=2 ），連同帳戶扣除后余額（ balance=$50 ）弛针，提交至數(shù)據(jù)庫(kù)更新叠骑，此時(shí)由于提交數(shù)據(jù)版本大于數(shù)據(jù)庫(kù)記錄當(dāng)前版本，數(shù)據(jù)被更新削茁，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄 version 更新為 2 宙枷。
- 操作員 B 完成了操作，也將版本號(hào)加一（ version=2 ）試圖向數(shù)據(jù)庫(kù)提交數(shù)據(jù)（ balance=$80 ）茧跋，但此時(shí)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄版本時(shí)發(fā)現(xiàn)慰丛，操作員 B 提交的數(shù)據(jù)版本號(hào)為 2 ，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄當(dāng)前版本也為 2 瘾杭，不滿足 “ 提交版本必須大于記錄當(dāng)前版本才能執(zhí)行更新 “ 的樂(lè)觀鎖策略诅病，因此，操作員 B 的提交被駁回。
這樣睬隶，就避免了操作員 B 用基于 version=1 的舊數(shù)據(jù)修改的結(jié)果覆蓋操作員A 的操作結(jié)果的可能锣夹。
2. CAS算法
即compare and swap（比較與交換），是一種有名的無(wú)鎖算法苏潜。無(wú)鎖編程银萍，即不使用鎖的情況下實(shí)現(xiàn)多線程之間的變量同步，也就是在沒(méi)有線程被阻塞的情況下實(shí)現(xiàn)變量的同步恤左，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）贴唇。CAS算法涉及到三個(gè)操作數(shù)
- 需要讀寫(xiě)的內(nèi)存值 V
- 進(jìn)行比較的值 A
- 擬寫(xiě)入的新值 B
當(dāng)且僅當(dāng) V 的值等于 A時(shí)，CAS通過(guò)原子方式用新值B來(lái)更新V的值飞袋，否則不會(huì)執(zhí)行任何操作（比較和替換是一個(gè)原子操作）戳气。一般情況下是一個(gè)自旋操作，即不斷的重試巧鸭。
關(guān)于自旋鎖瓶您，大家可以看一下這篇文章，非常不錯(cuò)：《 面試必備之深入理解自旋鎖》
樂(lè)觀鎖的缺點(diǎn)
ABA 問(wèn)題是樂(lè)觀鎖一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題
1 ABA 問(wèn)題
如果一個(gè)變量V初次讀取的時(shí)候是A值纲仍，并且在準(zhǔn)備賦值的時(shí)候檢查到它仍然是A值呀袱，那我們就能說(shuō)明它的值沒(méi)有被其他線程修改過(guò)了嗎？很明顯是不能的郑叠，因?yàn)樵谶@段時(shí)間它的值可能被改為其他值夜赵，然后又改回A，那CAS操作就會(huì)誤認(rèn)為它從來(lái)沒(méi)有被修改過(guò)乡革。這個(gè)問(wèn)題被稱為CAS操作的 "ABA"問(wèn)題寇僧。
JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 類(lèi)就提供了此種能力，其中的 compareAndSet 方法就是首先檢查當(dāng)前引用是否等于預(yù)期引用沸版，并且當(dāng)前標(biāo)志是否等于預(yù)期標(biāo)志嘁傀，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該標(biāo)志的值設(shè)置為給定的更新值视粮。
2 循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)開(kāi)銷(xiāo)大
自旋CAS（也就是不成功就一直循環(huán)執(zhí)行直到成功）如果長(zhǎng)時(shí)間不成功心包，會(huì)給CPU帶來(lái)非常大的執(zhí)行開(kāi)銷(xiāo)。 如果JVM能支持處理器提供的pause指令那么效率會(huì)有一定的提升馒铃，pause指令有兩個(gè)作用蟹腾，第一它可以延遲流水線執(zhí)行指令（de-pipeline）,使CPU不會(huì)消耗過(guò)多的執(zhí)行資源，延遲的時(shí)間取決于具體實(shí)現(xiàn)的版本区宇，在一些處理器上延遲時(shí)間是零娃殖。第二它可以避免在退出循環(huán)的時(shí)候因內(nèi)存順序沖突（memory order violation）而引起CPU流水線被清空（CPU pipeline flush），從而提高CPU的執(zhí)行效率议谷。
3 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
CAS 只對(duì)單個(gè)共享變量有效炉爆，當(dāng)操作涉及跨多個(gè)共享變量時(shí) CAS 無(wú)效。但是從 JDK 1.5開(kāi)始，提供了AtomicReference類(lèi)來(lái)保證引用對(duì)象之間的原子性芬首，你可以把多個(gè)變量放在一個(gè)對(duì)象里來(lái)進(jìn)行 CAS 操作.所以我們可以使用鎖或者利用AtomicReference類(lèi)把多個(gè)共享變量合并成一個(gè)共享變量來(lái)操作赴捞。
CAS與synchronized的使用情景
簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)CAS適用于寫(xiě)比較少的情況下（多讀場(chǎng)景，沖突一般較少）郁稍，synchronized適用于寫(xiě)比較多的情況下（多寫(xiě)場(chǎng)景赦政，沖突一般較多）
- 對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)較少（線程沖突較輕）的情況，使用synchronized同步鎖進(jìn)行線程阻塞和喚醒切換以及用戶態(tài)內(nèi)核態(tài)間的切換操作額外浪費(fèi)消耗cpu資源耀怜；而CAS基于硬件實(shí)現(xiàn)恢着，不需要進(jìn)入內(nèi)核，不需要切換線程财破，操作自旋幾率較少掰派，因此可以獲得更高的性能。
- 對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重（線程沖突嚴(yán)重）的情況左痢，CAS自旋的概率會(huì)比較大靡羡，從而浪費(fèi)更多的CPU資源，效率低于synchronized俊性。
補(bǔ)充： Java并發(fā)編程這個(gè)領(lǐng)域中synchronized關(guān)鍵字一直都是元老級(jí)的角色亿眠，很久之前很多人都會(huì)稱它為 “重量級(jí)鎖” 。但是磅废，在JavaSE 1.6之后進(jìn)行了主要包括為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來(lái)的性能消耗而引入的 偏向鎖 和 輕量級(jí)鎖 以及其它各種優(yōu)化之后變得在某些情況下并不是那么重了。synchronized的底層實(shí)現(xiàn)主要依靠 Lock-Free 的隊(duì)列荆烈，基本思路是 自旋后阻塞拯勉，競(jìng)爭(zhēng)切換后繼續(xù)競(jìng)爭(zhēng)鎖，稍微犧牲了公平性憔购，但獲得了高吞吐量宫峦。在線程沖突較少的情況下，可以獲得和CAS類(lèi)似的性能玫鸟；而線程沖突嚴(yán)重的情況下导绷，性能遠(yuǎn)高于CAS。
