多线程进阶（七）----乐观锁和悲观锁

多线程基础概念：多线程入门（一）
多线程基础实现：多线程入门（二）
多线程管理：多线程基础（三）
线程间的状态转换：多线程基础（四）
线程间的通信：多线程进阶（五）
锁机制：多线程进阶（六）

今天我们讲一下锁的分类，锁按照不同的角度会有不同的分类，我们就从悲观锁和乐观锁的角度来解析一下：

• 1、悲观锁和乐观锁
• • 1.1 悲观锁
  • 1.2 乐观锁
  • 1.3 场景
• 2、CAS
• • 2.1 概念
  • 2.2 Java实现CAS的原理 - Unsafe类
  • 2.3 CAS实现原子操作的三大问题
  • • 2.3.1 ABA问题
    • 2.3.2 循环时间长开销大
    • 2.3.3 只能保证一个共享变量的原子操作

对于悲观锁来说，它总是认为在每次访问系统资源时都会发生竞争，（总有刁民想害朕），所以必须每次操作都会加上锁（每次出宫都必须带上御前护卫大内高手），来保证临界区的程序同一时间只有一个线程在执行（保证自己身边的同一时间只有朕一人。）。

乐观锁刚好与悲观锁相反，它是乐天派，总是认为每次访问系统资源没有竞争，不会发生冲突（朕是真龙天子，不会有刁民想害朕），线程可以不停的执行，无需加锁（朕的身边无需高手），⽽⼀旦多个线程发⽣冲突，乐观锁通常是使⽤⼀种称为CAS的技术来保证线程执⾏的安全性。（朕会以德服人）。

• 乐观锁多⽤于“读多写少“的环境，避免频繁加锁影响性能；
• ⽽悲观锁多⽤于”写多读少“的环境，避免频繁失败和重试影响性能。

CAS的全称是：⽐较并交换（Compare And Swap）。在CAS中，有这样三个值：

• V：要更新的变量(var)
• E：预期值(expected)
• N：新值(new)

⽐较并交换的过程如下：
判断V是否等于E，如果等于，将V的值设置为N；
如果不等，说明已经有其它线程更新了V，则当前线程放弃更新，什么都不做。

所以这⾥的预期值E本质上指的是“旧值”。

CAS是⼀种原⼦操作。那么Java是怎样来使⽤CAS的呢？
在Java中，有⼀个 Unsafe 类，它在 sun.misc 包中。它⾥⾯是⼀些 native ⽅法，
其中就有⼏个关于CAS的：

boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,Object expected, Object x);
boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,int expected,int x);
boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset,long expected,long x);

ABA问题就是：有一个变量，原先值为A，更新了为B，后面又更新成了A，这时候CAS是检查不出变化的，但却被更新了两次。
ABA问题的解决思路是在变量前⾯追加上版本号或者时间戳。

一般情况下，CAS和自旋结合使用，如果自旋CAS长时间不成功，则会一直占有CPU大量资源；
解决思路是让JVM⽀持处理器提供的pause指令。

pause指令能让⾃旋失败时cpu睡眠⼀⼩段时间再继续⾃旋，从⽽使得读操作的频
率低很多,为解决内存顺序冲突⽽导致的CPU流⽔线重排的代价也会⼩很多。

两种解决方案：

1. 使⽤JDK 1.5开始就提供的 AtomicReference 类保证对象之间的原⼦性，把多个
   变量放到⼀个对象⾥⾯进⾏CAS操作；
2. 使⽤锁。锁内的临界区代码可以保证只有当前线程能操作。