乐观锁、悲观锁

最新推荐文章于 2025-06-10 13:48:03 发布

落日与晚风，

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文章标签： java 数据库开发语言

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一、乐观锁理论基础

所谓的乐观锁，其实主要就是一种思想，因为乐观锁的操作过程中其实没有没有任何锁的参与，乐观锁只是和悲观锁相对，严格的说乐观锁不能称之为锁。所以要了解乐观锁的概念，通常与悲观锁对比起来看才更好理解，下面我们就通过乐观锁与悲观锁的对比来更好的理解乐观锁。

1.1乐观锁与悲观锁的概念

乐观锁：总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，只在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据。

注意“在此期间”的含义是拿到数据到更新数据的这段时间。因为没有加锁，所以别的线程可能会更改。还有一点那就是乐观锁其实是不加锁的来保证某个变量一系列操作原子性的一种方法。

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞，直到它拿到锁（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

1.2 两种锁的使用场景

从上面对两种锁的介绍，我们知道两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

1.3 乐观锁常见的两种实现方式

乐观锁可以通过版本号机制或者CAS算法实现。

1.3.1 版本号机制

版本号机制实现的方式常用的也有两种：

使用数据版本（Version）记录机制实现，这是乐观锁最常用的一种实现方式。何谓数据版本？即为数据增加一个版本标识，一般是通过为数据库表增加一个数字类型的“version” 字段来实现。当读取数据时，将version字段的值一同读出，数据每更新一次，对此version值加一。

当我们提交更新的时候，判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的version值进行比对，如果数据库表当前版本号与第一次取出来的version值相等，则予以更新，否则认为是过期数据。用下面的一张图来说明：

如上图所示，如果更新操作顺序执行，则数据的版本（version）依次递增，不会产生冲突。但是如果发生有不同的业务操作对同一版本的数据进行修改，那么，先提交的操作（图中B）会把数据version更新为 2，当A在B之后提交更新时发现数据的version已经被修改了，那么A的更新操作会失败。

使用时间戳（timestamp）。这种实现方式和第一种差不多，同样是在需要乐观锁控制的table中增加一个字段，名称无所谓，字段类型使用时间戳（timestamp）, 和上面的version类似，也是在更新提交的时候检查当前数据库中数据的时间戳和自己更新前取到的时间戳进行对比，如果一致则OK，否则就是版本冲突。

1.3.2 CAS算法

即Compare And Swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。CAS操作包含三个操作数——内存位置的值（V）、预期原值（A）和新值（B）。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。

我们使用一个例子来解释相信你会更加的清楚。

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

4.线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

5.线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

6.这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

7.线程1进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

注：CAS算法的缺点

【1】循环时间长开销很大：自旋 CAS 如果长时间不成功，会给 CPU 带来非常大的执行开销。

【2】只能保证一个共享变量的原子操作：只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环 CAS 就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量 i＝ 2,j=a，合并一下 ij=2a，然后用CAS 来操作 ij。从 Java1.5 开始 JDK 提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作。

【3】ABA 问题：因为 CAS 需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用 CAS 进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。 ABA 问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A－B－A 就会变成1A-2B-3A。使用

version版本号完成乐观锁测试

package com.iweb.airui369.booktest;

public class Books {
     private String bookid;
     private String bookname;
     private int remain;
     private int version;

     public Books() {
     }

 public Books(String bookid, String bookname, int remain, int version){
     this.bookid = bookid;
     this.bookname = bookname;
     this.remain = remain;
     this.version = version;
 }

 public String getBookid() {
     return bookid;
 }

 public void setBookid(String bookid) {
     this.bookid = bookid;
 }

 public String getBookname() {
     return bookname;
 }

 public void setBookname(String bookname) {
     this.bookname = bookname;
 }

 public int getRemain() {
     return remain;
 }
    
 public void setRemain(int remain) {
     this.remain = remain;
 }

 public int getVersion() {
     return version;
 }

 public void setVersion(int version) {
     this.version = version;
 }

@Override
 public String toString() {
     return "Books{" +
         "bookid='" + bookid + '\'' +
         ", bookname='" + bookname + '\'' +
         ", remain=" + remain +
         ", version=" + version +
             '}';
 }
}

package com.iweb.airui369.booktest;

import com.iweb.airui369.emptest.dao.BaseDao;

public class BookThread implements Runnable {
     BaseDao baseDao = new BaseDao();
     @Override
     public void run() {
         while (true){
             String sql1 = "select * from tb_books where bookid = 1001";
             Books books = baseDao.QueryOne(Books.class, sql1);
             int version = books.getVersion(); //获取当前版本号
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到的版本
                 +version);
             int remain = books.getRemain();
             //更新
             String sql2 = "update tb_books set remain = remain-1," +
                     " version = version + 1" +
                     " where bookid = '1001' and version = ?";
             boolean result = baseDao.update(sql2, version);

             try {
                 Thread.sleep(1000);
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
             if (result) {
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---更
                 return;
             }else {
                 System.out.println("前方网络拥堵，请稍后再试");
             }
         }
     }
}

public class test {
 public static void main(String[] args) {
 new Thread(new BookThread()).start();
 new Thread(new BookThread()).start();
 new Thread(new BookThread()).start();
 new Thread(new BookThread()).start();
 }
}