Java中的悲觀鎖和樂觀鎖怎么實現

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悲觀鎖（Pessimistic Locking）

悲觀鎖在并發環境中認為數據隨時會被其他線程修改，因此每次在訪問數據時都會加鎖，直到操作完成后才釋放鎖。悲觀鎖適用于寫操作多、競爭激烈的場景，比如多個線程同時對同一數據進行修改或刪除操作的情況。悲觀鎖可以保證數據的一致性，避免臟讀、幻讀等問題的發生

悲觀鎖就像一個大保安，總是認為有壞人想要偷走共享資源，于是它把資源護得緊緊的，不讓任何人接近，同時還會排隊等待資源，想要使用就得先獲取鎖，這樣雖然安全可靠，但是也會導致效率低下，因為別的線程必須等待鎖的釋放才能繼續執行。

Java中常用的悲觀鎖是synchronized關鍵字和ReentrantLock類。

使用synchronized關鍵字實現悲觀鎖的代碼如下：

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

使用ReentrantLock實現悲觀鎖的代碼如下：

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行操作，當有多個線程需要訪問同一份數據時，每個線程都需要先獲取鎖，然后再進行操作，如果鎖競爭激烈，就會導致線程等待鎖的釋放，浪費了大量的時間。

• 容易引起死鎖：悲觀鎖在獲取鎖的過程中，如果獲取不到就會一直等待，如果不同的線程都在等待對方釋放鎖，就會導致死鎖的情況出現。

• 可能會引起線程阻塞：當某個線程獲取到鎖時，其他線程需要等待，如果等待的時間過長，就會導致線程阻塞，影響應用的性能。

樂觀鎖

樂觀鎖在并發環境中認為數據一般情況下不會被其他線程修改，因此在訪問數據時不加鎖，而是在更新數據時進行檢查。如果檢查到數據被其他線程修改，則放棄當前操作，重新嘗試更新。

樂觀鎖適用于讀操作多、寫操作少的場景，比如多個線程同時對同一數據進行讀取操作的情況。樂觀鎖可以減少鎖的競爭，提高系統的并發性能。

樂觀鎖就像一個樂天派，總是認為沒有壞人想要偷走共享資源，于是它就不怎么防范，直接對資源進行操作，如果沒有其他線程對資源進行修改，操作就會成功，否則就會進行重試，這樣雖然效率高，但是如果多個線程同時進行修改，就會導致競爭和沖突，需要進行額外的處理。

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

CAS操作包括三個操作數：內存地址V、舊的預期值A和新的值B。CAS操作首先讀取內存地址V中的值，如果該值等于舊的預期值A，那么將內存地址V中的值更新為新的值B；

否則，不進行任何操作。在更新過程中，如果有其他線程同時對該共享資源進行了修改，那么CAS操作會失敗，此時需要重試更新操作。

下面是一段基于CAS算法實現的樂觀鎖代碼：

// 假設共享資源為變量value，初始值為1
AtomicInteger value = new AtomicInteger(1);
// 假設舊的預期值為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) {
    // 讀取共享資源的當前值
    int current = value.get();
    // 如果當前值等于舊的預期值，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
            break;
        } else {
            // 更新失敗，可能是因為其他線程修改了共享資源的值，重試更新操作
            continue;
        }
    } else {
        // 當前值不等于舊的預期值，說明共享資源的值已經被其他線程修改，重試更新操作
        continue;
    }
}

在這段代碼中，內存地址V對應的是AtomicInteger對象value，舊的預期值A對應的是變量expect，新的值B對應的是變量update。使用AtomicInteger對象可以保證CAS操作的原子性，即只有一個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；否則，說明共享資源的值已經被其他線程修改，需要重試更新操作。

在實際應用中，樂觀鎖的實現通常比這個簡單實現要復雜。例如，在對數據庫中的數據進行更新時，需要在更新操作中同時更新版本號和其他字段的值，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，自旋時間過長和只能保證單個變量的原子性。

• ABA問題：CAS算法在比較和替換時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CAS會認為值沒有發生變化，從而出現操作的錯誤。為了解決ABA問題，可以在共享資源中增加版本號，每次修改操作都將版本號加1，從而保證每次更新操作的唯一性。在更新數據時先讀取當前版本號，如果與自己持有的版本號相同，則可以更新數據，否則更新失敗。版本號算法可以避免ABA問題，但需要維護版本號，增加了代碼復雜度和內存開銷。

• 自旋時間過長：由于CAS算法在失敗時會一直自旋，等待共享變量可用，如果共享變量一直不可用，就會出現自旋時間過長的問題，浪費CPU資源。

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

悲觀鎖和樂觀鎖的對比

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