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)展叽赊，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。這兩種人各有優(yōu)缺點(diǎn)必搞，不能不以場(chǎng)景而定說(shuō)一種人好于另外一種人必指。
悲觀鎖
總是假設(shè)最壞的情況，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改恕洲，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖塔橡，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)線程使用梅割，其它線程阻塞，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其它線程）葛家。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)制户辞，比如行鎖，表鎖等癞谒，讀鎖底燎，寫(xiě)鎖等，都是在做操作之前先上鎖弹砚。Java 中synchronized 和ReentrantLock 等獨(dú)占鎖就是悲觀鎖思想的實(shí)現(xiàn)双仍。
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)修改桌吃，所以不會(huì)上鎖朱沃，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)茅诱。
樂(lè)觀鎖適用于多讀的應(yīng)用型逗物，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)制让簿，其實(shí)都是提供的樂(lè)觀鎖敬察。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)兩種鎖的介紹尔当，我們知道兩種鎖各有優(yōu)缺點(diǎn)，不可認(rèn)為一種好于另一種蹂安，像樂(lè)觀鎖適用于寫(xiě)比較少的情況下（多讀場(chǎng)景）椭迎，即沖突真的很少發(fā)生的時(shí)候，這樣可以省去了鎖的開(kāi)銷(xiāo)田盈，加大了系統(tǒng)的整個(gè)吞吐量畜号。但如果是多寫(xiě)的情況，一般會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生沖突允瞧，這就會(huì)導(dǎo)致上層應(yīng)用會(huì)不斷的進(jìn)行 retry简软，這樣反倒是降低了性能，所以一般多寫(xiě)的場(chǎng)景下用悲觀鎖就比較合適述暂。
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)痹升。
1.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，表示數(shù)據(jù)被修改的次數(shù)畦韭，當(dāng)數(shù)據(jù)被修改時(shí)疼蛾，version 值會(huì)加一。當(dāng)線程 A 要更新數(shù)據(jù)值時(shí)艺配，在讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)也會(huì)讀取 version 值察郁，在提交更新時(shí)衍慎，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，否則重試更新操作皮钠，直到更新成功稳捆。
舉一個(gè)簡(jiǎn)單的栗子??：
假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中帳戶(hù)信息表中有一個(gè) version 字段，當(dāng)前值為 1 麦轰；而當(dāng)前帳戶(hù)余額字段（ balance ）為 100 乔夯。
- 操作員 A 此時(shí)將其讀出(version=1)，并從其帳戶(hù)余額中扣除 50
（100-50=50） - 在操作員 A 操作的過(guò)程中原朝，操作員 B 也讀入此用戶(hù)信息(version=1)驯嘱，并從其帳戶(hù)余額中扣除 20 (100-20=80)。
- 操作員 A 完成了修改工作喳坠，將數(shù)據(jù)版本號(hào)加一( version=2 )鞠评，連同帳戶(hù)扣除后余額（ balance=50,提交至數(shù)據(jù)庫(kù)更新，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)前版本壕鹉，數(shù)據(jù)被更新剃幌，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄version 更新為 2 。
- 操作員 B 完成了操作晾浴，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 ）负乡，但此時(shí)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄版本時(shí)發(fā)現(xiàn)，操作員 B 提交的數(shù)據(jù)版本號(hào)為 2 脊凰，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄當(dāng)前版本也為 2 抖棘，不滿(mǎn)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， 因此狸涌，操作員 B 的提交被駁回切省。
- 這樣，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)果的可能帕胆。
2. CAS 算法
compare and swap（比較與交換）朝捆，是一種有名的無(wú)鎖算法。無(wú)鎖編程懒豹，即不使用鎖的情況下實(shí)現(xiàn)多線程之間的變量同步芙盘，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，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking脸秽，Synchronization）儒老。
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 的值豹储，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）贷盲。一般情況下是一個(gè)自旋操作，即不斷的重試。
樂(lè)觀鎖的缺點(diǎn)
- ABA 問(wèn)題
- 循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)開(kāi)銷(xiāo)大
- 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
1. ABA 問(wèn)題
如果一個(gè)變量 V 初次讀取的時(shí)候是 A 值巩剖，并且在準(zhǔn)備賦值的時(shí)候檢查到它仍然是 A 值铝穷，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？很明顯是不能的佳魔，因?yàn)樵谶@段時(shí)間它的值可能被改為其他值曙聂，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)鞠鲜。這個(gè)問(wèn)題被稱(chēng)為 CAS 操作的 "ABA"問(wèn)題宁脊。
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)期引用贤姆，并且當(dāng)前標(biāo)志是否等于預(yù)期標(biāo)志榆苞，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.
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)間不成功霞捡，會(huì)給CPU 帶來(lái)非常大的執(zhí)行開(kāi)銷(xiāo)坐漏。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，pause 指令有兩個(gè)作用碧信，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)行資源赊琳，延遲的時(shí)間取決于具體實(shí)現(xiàn)的版本，在一些處理器上延遲時(shí)間是零砰碴。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）躏筏，從而提高 CPU 的執(zhí)行效率。
3.只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
CAS 只對(duì)單個(gè)共享變量有效呈枉，當(dāng)操作涉及跨多個(gè)共享變量時(shí) CAS 無(wú)效趁尼。但是從 JDK 1.5 開(kāi)始，提供了 AtomicReference 類(lèi)來(lái)保證引用對(duì)象之間的原子性猖辫，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)操作弱卡。
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）住册，synchronized 適用于寫(xiě)比較多的情況下（多寫(xiě)場(chǎng)景，沖突一般較多）
- 對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)較少（線程沖突較輕）的情況瓮具，使用 synchronized 同步鎖
進(jìn)行線程阻塞和喚醒切換以及用戶(hù)態(tài)內(nèi)核態(tài)間的切換操作額外浪費(fèi)消耗
cpu 資源荧飞；而 CAS 基于硬件實(shí)現(xiàn)，不需要進(jìn)入內(nèi)核名党，不需要切換線程叹阔，
操作自旋幾率較少，因此可以獲得更高的性能传睹。 - 對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重（線程沖突嚴(yán)重）的情況院喜，CAS 自旋的概率會(huì)比較
大惊完，從而浪費(fèi)更多的 CPU 資源告唆，效率低于 synchronized盅藻。
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，很久之前很多人都會(huì)稱(chēng)它為 “重量級(jí)鎖” 薛训。但是，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)列冈在，基本思路是 自旋后阻塞，競(jìng)爭(zhēng)切換后繼續(xù)競(jìng)爭(zhēng)鎖按摘，稍微犧牲了公平性包券，但獲得了高吞吐量。在線程沖突較少的情況下炫贤，可以獲得和 CAS 類(lèi)似的性能溅固；而線程沖突嚴(yán)重的情況下，性能遠(yuǎn)高于CAS兰珍。
