一文秒懂Java中的樂觀鎖 VS 悲觀鎖

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樂觀鎖 VS 悲觀鎖

悲觀鎖：總是假設最壞的情況，每次取數據時都認為其他線程會修改，所以都會加鎖（讀鎖、寫鎖、行鎖等），當其他線程想要訪問數據時，都需要阻塞掛起。

樂觀鎖：總是認為不會產生並發問題，每次去取數據的時候總認為不會有其他線程對數據進行修改，因此不會上鎖，但是在更新時會判斷其他線程在這之前有沒有對數據進行修改。
樂觀鎖在Java中通過使用無鎖來實現，常用的是CAS，Java中原子類的遞增就是通過CAS自旋實現。

在這裡插入圖片描述

CAS

CAS全稱 Compare And Swap（比較與交換），是一種無鎖算法。在不使用鎖（沒有線程被阻塞）的情況下實現多線程之間的變量同步。java.util.concurrent包中的原子類就是通過CAS來實現瞭樂觀鎖。

一個 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 寫入 V。（交換）
  3. 返回操作是否成功。

CAS的底層原理

  • 調用 Unsafe 類中的 CAS 方法，JVM 會幫我們實現出 CAS 匯編指令
  • 這是一種完全依賴於硬件的功能，通過它實現原子操作
  • 原語的執行必須是連續的，在執行過程中不允許被中斷，CAS 是 CUP 的一條原子指令

CAS的三大問題

  • 如果 CAS 長時間一直不成功，會給 CPU 帶來很大的開銷，在Java的實現中是一隻通過while循環自旋CAS獲取鎖。
  • 隻能保證一個共享變量的原子操作
  • 引出瞭 ABA 問題

ABA問題

CAS需要在操作值的時候檢查內存值是否發生變化，沒有發生變化才會更新內存值。但是如果內存值原來是A，後來變成瞭B，然後又變成瞭A，那麼CAS進行檢查時會發現值沒有發生變化，但是實際上是有變化的。

如何解決ABA問題
加入版本信息，例如攜帶 AtomicStampedReference 之類的時間戳作為版本信息，保證不會出現老的值。

UnSafe

Unsafe類是在sun.misc包下，不屬於Java標準。但是很多Java的基礎類庫，包括一些被廣泛使用的高性能開發庫都是基於Unsafe類開發的，比如Netty、Cassandra、Hadoop、Kafka等。Unsafe類在提升Java運行效率，增強Java語言底層操作能力方面起瞭很大的作用。

使用Unsafe可用來直接訪問系統內存資源並進行自主管理，Unsafe類在提升Java運行效率，增強Java語言底層操作能力方面起瞭很大的作用。

Unsafe可認為是Java中留下的後門，提供瞭一些低層次操作，如直接內存訪問、線程調度等。

這個類的提供瞭一些繞開JVM的更底層功能，基於它的實現可以提高效率。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free（不被GC回收）。如果對Unsafe類理解的不夠透徹，就進行使用的話，就等於給自己挖瞭無形之坑，最為致命。

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