一文秒懂Java中的樂(lè )觀(guān)鎖 VS 悲觀(guān)鎖

樂(lè )觀(guān)鎖 VS 悲觀(guān)鎖

悲觀(guān)鎖：總是假設最壞的情況，每次取數據時(shí)都認為其他線(xiàn)程會(huì )修改，所以都會(huì )加鎖（讀鎖、寫(xiě)鎖、行鎖等），當其他線(xiàn)程想要訪(fǎng)問(wèn)數據時(shí)，都需要阻塞掛起。

樂(lè )觀(guān)鎖：總是認為不會(huì )產(chǎn)生并發(fā)問(wèn)題，每次去取數據的時(shí)候總認為不會(huì )有其他線(xiàn)程對數據進(jìn)行修改，因此不會(huì )上鎖，但是在更新時(shí)會(huì )判斷其他線(xiàn)程在這之前有沒(méi)有對數據進(jìn)行修改。
樂(lè )觀(guān)鎖在Java中通過(guò)使用無(wú)鎖來(lái)實(shí)現，常用的是CAS，Java中原子類(lèi)的遞增就是通過(guò)CAS自旋實(shí)現。

CAS

CAS全稱(chēng) Compare And Swap（比較與交換），是一種無(wú)鎖算法。在不使用鎖（沒(méi)有線(xiàn)程被阻塞）的情況下實(shí)現多線(xiàn)程之間的變量同步。java.util.concurrent包中的原子類(lèi)就是通過(guò)CAS來(lái)實(shí)現了樂(lè )觀(guān)鎖。

一個(gè) CAS 涉及到以下操作：
我們假設內存中的原數據V，舊的預期值A，需要修改的新值B，

1. 比較 A 與 V 是否相等。（比較）
2. 如果比較相等，將 B 寫(xiě)入 V。（交換）
3. 返回操作是否成功。

CAS的底層原理

• 調用 Unsafe 類(lèi)中的 CAS 方法，JVM 會(huì )幫我們實(shí)現出 CAS 匯編指令
• 這是一種完全依賴(lài)于硬件的功能，通過(guò)它實(shí)現原子操作
• 原語(yǔ)的執行必須是連續的，在執行過(guò)程中不允許被中斷，CAS 是 CUP 的一條原子指令

CAS的三大問(wèn)題

• 如果 CAS 長(cháng)時(shí)間一直不成功，會(huì )給 CPU 帶來(lái)很大的開(kāi)銷(xiāo)，在Java的實(shí)現中是一只通過(guò)while循環(huán)自旋CAS獲取鎖。
• 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
• 引出了 ABA 問(wèn)題

ABA問(wèn)題

CAS需要在操作值的時(shí)候檢查內存值是否發(fā)生變化，沒(méi)有發(fā)生變化才會(huì )更新內存值。但是如果內存值原來(lái)是A，后來(lái)變成了B，然后又變成了A，那么CAS進(jìn)行檢查時(shí)會(huì )發(fā)現值沒(méi)有發(fā)生變化，但是實(shí)際上是有變化的。

如何解決ABA問(wèn)題
加入版本信息，例如攜帶 AtomicStampedReference 之類(lèi)的時(shí)間戳作為版本信息，保證不會(huì )出現老的值。

UnSafe

Unsafe類(lèi)是在sun.misc包下，不屬于Java標準。但是很多Java的基礎類(lèi)庫，包括一些被廣泛使用的高性能開(kāi)發(fā)庫都是基于Unsafe類(lèi)開(kāi)發(fā)的，比如Netty、Cassandra、Hadoop、Kafka等。Unsafe類(lèi)在提升Java運行效率，增強Java語(yǔ)言底層操作能力方面起了很大的作用。

使用Unsafe可用來(lái)直接訪(fǎng)問(wèn)系統內存資源并進(jìn)行自主管理，Unsafe類(lèi)在提升Java運行效率，增強Java語(yǔ)言底層操作能力方面起了很大的作用。

Unsafe可認為是Java中留下的后門(mén)，提供了一些低層次操作，如直接內存訪(fǎng)問(wèn)、線(xiàn)程調度等。

這個(gè)類(lèi)的提供了一些繞開(kāi)JVM的更底層功能，基于它的實(shí)現可以提高效率。但是，它是一把雙刃劍：正如它的名字所預示的那樣，它是Unsafe的，它所分配的內存需要手動(dòng)free（不被GC回收）。如果對Unsafe類(lèi)理解的不夠透徹，就進(jìn)行使用的話(huà)，就等于給自己挖了無(wú)形之坑，最為致命。

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