Java中的悲觀鎖和樂觀鎖怎么實(shí)現(xiàn)

今天小編給大家分享一下Java中的悲觀鎖和樂觀鎖怎么實(shí)現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容詳細(xì)，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識(shí)，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

悲觀鎖（Pessimistic Locking）

悲觀鎖在并發(fā)環(huán)境中認(rèn)為數(shù)據(jù)隨時(shí)會(huì)被其他線程修改，因此每次在訪問數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)加鎖，直到操作完成后才釋放鎖。悲觀鎖適用于寫操作多、競(jìng)爭(zhēng)激烈的場(chǎng)景，比如多個(gè)線程同時(shí)對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行修改或刪除操作的情況。悲觀鎖可以保證數(shù)據(jù)的一致性，避免臟讀、幻讀等問題的發(fā)生

悲觀鎖就像一個(gè)大保安，總是認(rèn)為有壞人想要偷走共享資源，于是它把資源護(hù)得緊緊的，不讓任何人接近，同時(shí)還會(huì)排隊(duì)等待資源，想要使用就得先獲取鎖，這樣雖然安全可靠，但是也會(huì)導(dǎo)致效率低下，因?yàn)閯e的線程必須等待鎖的釋放才能繼續(xù)執(zhí)行。

Java中常用的悲觀鎖是synchronized關(guān)鍵字和ReentrantLock類。

使用synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)悲觀鎖的代碼如下：

synchronized (lock) {
    //訪問共享資源的代碼塊
}

使用ReentrantLock實(shí)現(xiàn)悲觀鎖的代碼如下：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    //訪問共享資源的代碼塊
} finally {
    lock.unlock();
}

悲觀鎖存的問題：

• 效率低：悲觀鎖需要獲取鎖才能進(jìn)行操作，當(dāng)有多個(gè)線程需要訪問同一份數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)線程都需要先獲取鎖，然后再進(jìn)行操作，如果鎖競(jìng)爭(zhēng)激烈，就會(huì)導(dǎo)致線程等待鎖的釋放，浪費(fèi)了大量的時(shí)間。

• 容易引起死鎖：悲觀鎖在獲取鎖的過程中，如果獲取不到就會(huì)一直等待，如果不同的線程都在等待對(duì)方釋放鎖，就會(huì)導(dǎo)致死鎖的情況出現(xiàn)。

• 可能會(huì)引起線程阻塞：當(dāng)某個(gè)線程獲取到鎖時(shí)，其他線程需要等待，如果等待的時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致線程阻塞，影響應(yīng)用的性能。

樂觀鎖

樂觀鎖在并發(fā)環(huán)境中認(rèn)為數(shù)據(jù)一般情況下不會(huì)被其他線程修改，因此在訪問數(shù)據(jù)時(shí)不加鎖，而是在更新數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行檢查。如果檢查到數(shù)據(jù)被其他線程修改，則放棄當(dāng)前操作，重新嘗試更新。

樂觀鎖適用于讀操作多、寫操作少的場(chǎng)景，比如多個(gè)線程同時(shí)對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作的情況。樂觀鎖可以減少鎖的競(jìng)爭(zhēng)，提高系統(tǒng)的并發(fā)性能。

樂觀鎖就像一個(gè)樂天派，總是認(rèn)為沒有壞人想要偷走共享資源，于是它就不怎么防范，直接對(duì)資源進(jìn)行操作，如果沒有其他線程對(duì)資源進(jìn)行修改，操作就會(huì)成功，否則就會(huì)進(jìn)行重試，這樣雖然效率高，但是如果多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行修改，就會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)和沖突，需要進(jìn)行額外的處理。

Java中常用的樂觀鎖是基于CAS（Compare and Swap，比較和交換）算法實(shí)現(xiàn)的。

CAS操作包括三個(gè)操作數(shù)：內(nèi)存地址V、舊的預(yù)期值A(chǔ)和新的值B。CAS操作首先讀取內(nèi)存地址V中的值，如果該值等于舊的預(yù)期值A(chǔ)，那么將內(nèi)存地址V中的值更新為新的值B；

否則，不進(jìn)行任何操作。在更新過程中，如果有其他線程同時(shí)對(duì)該共享資源進(jìn)行了修改，那么CAS操作會(huì)失敗，此時(shí)需要重試更新操作。

下面是一段基于CAS算法實(shí)現(xiàn)的樂觀鎖代碼：

// 假設(shè)共享資源為變量value，初始值為1
AtomicInteger value = new AtomicInteger(1);
// 假設(shè)舊的預(yù)期值為1，新的值為2
int expect = 1;
int update = 2;

// 使用CAS操作更新共享資源的值
while (true) {
    // 讀取共享資源的當(dāng)前值
    int current = value.get();
    // 如果當(dāng)前值等于舊的預(yù)期值，使用CAS操作將新的值更新到共享資源中
    if (current == expect) {
        if (value.compareAndSet(expect, update)) {
            // 更新成功，退出循環(huán)
            break;
        } else {
            // 更新失敗，可能是因?yàn)槠渌€程修改了共享資源的值，重試更新操作
            continue;
        }
    } else {
        // 當(dāng)前值不等于舊的預(yù)期值，說明共享資源的值已經(jīng)被其他線程修改，重試更新操作
        continue;
    }
}

在這段代碼中，內(nèi)存地址V對(duì)應(yīng)的是AtomicInteger對(duì)象value，舊的預(yù)期值A(chǔ)對(duì)應(yīng)的是變量expect，新的值B對(duì)應(yīng)的是變量update。使用AtomicInteger對(duì)象可以保證CAS操作的原子性，即只有一個(gè)線程能夠成功更新共享資源的值。使用compareAndSet方法可以判斷共享資源的值是否等于舊的預(yù)期值，并嘗試將新的值更新到共享資源中。如果更新成功，就退出循環(huán)；否則，說明共享資源的值已經(jīng)被其他線程修改，需要重試更新操作。

在實(shí)際應(yīng)用中，樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)通常比這個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)要復(fù)雜。例如，在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新時(shí)，需要在更新操作中同時(shí)更新版本號(hào)和其他字段的值，并且需要處理更新失敗和重試的情況。

樂觀鎖存在的問題

CAS雖然很?效的解決原?操作，但是CAS仍然存在三?問題：ABA問題，自旋時(shí)間過長(zhǎng)和只能保證單個(gè)變量的原子性。

• ABA問題：CAS算法在比較和替換時(shí)只考慮了值是否相等，而沒有考慮到值的版本信息。如果一個(gè)值在操作過程中被修改了兩次，從原值變成新值再變回原值，此時(shí)CAS會(huì)認(rèn)為值沒有發(fā)生變化，從而出現(xiàn)操作的錯(cuò)誤。為了解決ABA問題，可以在共享資源中增加版本號(hào)，每次修改操作都將版本號(hào)加1，從而保證每次更新操作的唯一性。在更新數(shù)據(jù)時(shí)先讀取當(dāng)前版本號(hào)，如果與自己持有的版本號(hào)相同，則可以更新數(shù)據(jù)，否則更新失敗。版本號(hào)算法可以避免ABA問題，但需要維護(hù)版本號(hào)，增加了代碼復(fù)雜度和內(nèi)存開銷。

• 自旋時(shí)間過長(zhǎng)：由于CAS算法在失敗時(shí)會(huì)一直自旋，等待共享變量可用，如果共享變量一直不可用，就會(huì)出現(xiàn)自旋時(shí)間過長(zhǎng)的問題，浪費(fèi)CPU資源。

• 只能保證單個(gè)變量的原子性：CAS算法只能保證單個(gè)變量的原子性，如果需要多個(gè)變量的原子操作，就需要使用鎖等其他方式進(jìn)行保護(hù)。

悲觀鎖和樂觀鎖的對(duì)比

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