樂觀鎖與悲觀鎖
悲觀鎖
總是假設(shè)最壞的情況刻恭，每次獲取數(shù)據(jù)都認為別人會修改，所以拿數(shù)據(jù)時會上鎖，一直到釋放鎖不允許其他線程修改數(shù)據(jù)。Java中如synchronized和reentrantLock就是這種實現(xiàn)冰蘑。
樂觀鎖
總是假設(shè)最好的情況，每次去拿數(shù)據(jù)時都認為別人不會修改村缸，所以不上鎖祠肥，等更新數(shù)據(jù)時判斷一下在此期間是否有其他人更新過這個數(shù)據(jù)，可以使用CAS算法實現(xiàn)梯皿。樂觀鎖適用于多讀少寫的應(yīng)用類型仇箱，可以大幅度提高吞吐量县恕。樂觀鎖的實現(xiàn)機制主要包括版本號機制（給數(shù)據(jù)加一個版本號，數(shù)據(jù)被修改版本號會加一剂桥，更新時讀取版本號忠烛，若讀取到的版本號和之前一致才更新，否則駁回）和CAS算法（下詳）权逗。
CAS算法
JDK5增加java.util.concurrent包美尸，其下類通過CAS算法實現(xiàn)了樂觀鎖實現(xiàn)。
CAS即compare and swap斟薇，是一種有名的無鎖算法师坎，即不使用鎖的情況下實現(xiàn)多線程之間的變量同步，也叫非阻塞同步堪滨。
CAS有三個操作數(shù)胯陋，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期內(nèi)存值A(chǔ)袱箱，要修改的新值B遏乔，當且僅當A=V，才將內(nèi)存值V修改為B犯眠，否則不會執(zhí)行任何操作按灶。一般情況下CAS是一個自旋操作，即不斷重試筐咧。
CAS只能保證一個共享變量的原子操作鸯旁，當操作涉及跨多個共享變量時CAS無效。但可用AtomicReference來保證引用對象之間的原子性量蕊。
CAS開銷
CAS是CPU指令集的操作铺罢，只有一步的原子操作，所以非巢信冢快韭赘，但CAS的開銷主要在于cache miss問題。如圖
這是一個8核CPU系統(tǒng)势就，共有4個管芯泉瞻，每個管芯中有兩個CPU，每個CPU有cache苞冯，管芯內(nèi)有一個互聯(lián)模塊袖牙，讓管芯的兩個核可以互相通信。圖中的系統(tǒng)連接模塊可以讓四個管芯通信舅锄。例如鞭达，此時CPU0進行一個CAS操作，而該變量所在的緩存線在CPU7的高速緩存中，則流程如下：
- CPU檢查本地緩存畴蹭，沒有找到緩存線坦仍。
- 請求被轉(zhuǎn)發(fā)到CPU0和CPU1的互聯(lián)模塊，檢查CPU1的本地高速緩存叨襟，沒有找到緩存線繁扎。
- 請求被轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)互聯(lián)模塊，檢查其他三個管芯芹啥，得知緩存線在CPU6和CPU7所在的管芯中锻离。
- 請求被轉(zhuǎn)發(fā)到CPU6和CPU7的互聯(lián)模塊，檢查這兩個CPU的高速緩存墓怀，在CPU7中找到緩存線汽纠。
- CPU7將緩存線發(fā)給互聯(lián)模塊，并刷新自己的緩存線傀履。
- CPU6和CPU7的互聯(lián)模塊將緩存線發(fā)送給系統(tǒng)互聯(lián)模塊虱朵。
- 系統(tǒng)互聯(lián)模塊將緩存線發(fā)送給CPU0和CPU1的互聯(lián)模塊。
- CPU0對高速緩存中的變量致性CAS操作钓账。
此外碴犬，資源競爭時，CAS會自旋（不成功就循環(huán)到成功）梆暮，
ABA問題
CAS一個常見問題是ABA問題服协，即變量V初次讀時是A值，被賦值時也是A值啦粹，但期間變量被賦值成B值,CAS會誤認為他從沒被修改過偿荷。JDK1.5后的AtomicStampedReference類提供了監(jiān)測ABA問題的能力，其中的compareAndSet方法首先檢查當前引用是否等于預(yù)期引用唠椭，并且當前標志等于預(yù)期標志跳纳，全部相等則以原子方式將該引用和該標志的值設(shè)置為給定的更新值。
CAS與synchronized
- 資源競爭少時贪嫂，synchronized同步鎖進行線程阻塞寺庄，喚醒切換，用戶內(nèi)核態(tài)間切換力崇，浪費額外CPU資源斗塘，CAS基于硬件實現(xiàn)，不進入內(nèi)核亮靴，不切換線程逛拱，操作自旋幾率小，CAS有更高的性能台猴。
- 資源競爭嚴重時，CAS自旋概率較大，從而浪費更多的CPU資源饱狂，效率低于synchronized曹步。
java.util.concurrent.atomic
jdk1.5提供了一組原子類，由CAS對其實現(xiàn)休讳。其中的類可以分為四組：
- AtomicBoolean讲婚，AtomicInteger，AtomicLong俊柔，AtomicReference
- AtomicIntegerArray筹麸，AtomicLongArray
- AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater雏婶，AtomicReferenceFieldUpdater
- AtomicMarkableReference物赶，AtomicStampedReference，AtomicReferenceArray
其作用為對單一數(shù)據(jù)的操作實現(xiàn)原子化留晚，無需阻塞代碼酵紫，但訪問兩個或兩個以上的atomic變量或?qū)蝹€atomic變量進行2次或2次以上的操作被認為是需要同步的以便這些操作是一個原子操作。
AtomicBoolean, AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference
這四種類型用來處理Boolean错维，Integer, Long, 對象奖地，包含以下方法：
- 構(gòu)造函數(shù)，默認值分別為false, 0, 0, null赋焕。帶參數(shù)則參數(shù)為初始化數(shù)據(jù)参歹。
- set()和get()方法，常規(guī)的設(shè)置/讀取值隆判，非原子操作犬庇。
- lazySet()，設(shè)置值蜜氨，原子操作械筛。
- getAndSet()相當于先使用get再set，但是是一個原子操作飒炎。
- compareAndSet(expectedData, newData)埋哟，接受兩個參數(shù)，若atomic內(nèi)數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)一致郎汪，則將新數(shù)據(jù)賦值給atomic數(shù)據(jù)返回true赤赊，否則不設(shè)置并返回false。
- weakCompareAndSet(expectedData, newData)煞赢，與前者類似抛计，但更高效，不同的是可能會返回虛假的失敗照筑，不提供排序的保證吹截，最好用于五關(guān)于happens-before的程序瘦陈。
對于AtomicInteger, AtomicLong，還實現(xiàn)了getAndIncrement(),increateAndGet(),getAndDecreate(),decreateAndGet(),addAndGet()波俄，getAndAdd()方法晨逝，以實現(xiàn)加減法的原子操作。剩下部分代碼我還在閱讀中懦铺，不定期補充捉貌。
參考文獻
深入理解CAS算法原理
面試必備之樂觀鎖與悲觀鎖
Java之多線程 Atomic（原子的）
對 volatile、compareAndSet冬念、weakCompareAndSet 的一些思考
