乐观锁,悲观锁,自旋锁与CAS机制

乐观锁和悲观锁的概念:

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。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。再比如Java里面的同步原语synchronized关键字的实现就是悲观锁,volatile关键字虽然是synchronized关键字的轻量级实现,但是其无法保证原子性,所以一般也要搭配锁使用。

乐观锁:顾名思义,就是很乐观,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,可以使用版本号等机制。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。

总结:乐观锁和悲观锁的区别在于拿数据的时候是否认为别人会不会修改,乐观锁认为别人不会修改,所以拿数据的时候没有上锁。悲观锁则认为别人会修改,所以直接上锁。


CAS(Compare And Swap)

CAS就是根据乐观锁的设计思想来实现,在取数据的时候,判断一下在此期间是否有人修改,如果没有修改,则直接使用。

CAS原理:CAS有三个操作数,即内存值v,旧的操作数a,新的操作数b。当我们需要更新v值为b时,首先我们判断v值是否和我们之前的所见值a相同,若相同则将v赋值为b,若不同,则什么都不做。是一种非阻塞算法(non-blocking algorithm).在java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。

Java中的实现:Java中 java.util.concurrent.atomic包相关类就是CAS的实现,通过自旋转CAS来尝试获得锁。

CAS自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况中,因为自旋锁使用者一般保持锁的时间很短,所以才选择自旋而不是睡眠。

Java通过和循环CAS的方式实现原子操作。

CAS实现原子操作存在三大问题:

1.ABA问题:

    因为CAS在进行操作的时候,总是需要比较新的操作数和旧的操作数,如果相同则更新。但是如果新的操作数经过两次修改之后返回原来的值,那么久出现了ABA问题。解决问题的方法就是增加一个版本号,不仅仅通过检查值得变化来确定是否更新。

2.循环时间开销大

3.只能保证一个共享变量的原子操作

 解决的方法:把多个共享变量合并成一个共享变量。AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性。

 使用锁实现原子操作:

 锁的机制保障了只有获得锁的线程才能够操作锁定的内存区域。

 除了偏向锁,JVM都使用了循环CAS来获取锁。

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