乐观锁悲观锁CAS锁自旋锁你了解吗？

r囧r小猫 2022-12-16 09:21 242阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一，概念，使用场景
 *   *  1. 乐观锁
     *  2. 悲观锁
     *  3. 自旋锁
     *  4. 适用场景
 *  二，实现方式
 *   *  1. 版本号机制
     *  2. CAS锁
     *  3. 乐观锁的缺点
     *   *  1）ABA问题
         *  2）循环时间长开销大
         *  3）只能保证一个共享变量的原子操作

# 一，概念，使用场景 #

## 1. 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，但是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，可以使用版本号机制和CAS算法实现。

乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write\_condition机制，其实都是提供的乐观锁。

## 2. 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。

## 3. 自旋锁 ##

自旋锁（spinlock）：是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。

获取锁的线程一直处于活跃状态，但是并没有执行任何有效的任务，使用这种锁会造成busy-waiting。

它是为实现保护共享资源而提出一种锁机制。其实，自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，”自旋”一词就是因此而得名。

## 4. 适用场景 ##

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。  
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# 二，实现方式 #

乐观锁常见实现方式有两种

1.  **版本号机制**
2.  CAS算法实现

## 1. 版本号机制 ##

一般是在数据表中加上一个**数据版本号version字段**，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

## 2. CAS锁 ##

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算法涉及到三个操作数

*  需要读写的内存值 V
 *  进行比较的值 A
 *  拟写入的新值 B

**当且仅当 V 的值等于 A时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值，否则不会执行任何操作（比较和替换是一个原子操作）。**

一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。

## 3. 乐观锁的缺点 ##

### 1）ABA问题 ###

乐观锁通过CAS来判断一块空间是否被修改，是通过原来内存的值和进行比较的值进行比较得出的，那么问题是如果说V的值本来是A，先被修改成B在被修改成A， 那么在CAS锁看来，这块空间是没有被动过的，但是实际却已经被修改两次了。

**解决方式：**

1.  添加一个标识，来标志空间是否被动过。
2.  判断当前功能是否符合预期。

### 2）循环时间长开销大 ###

自旋CAS（也就是不成功就一直循环执行直到成功）如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。

**解决方式**：处理器提供的pause指令。

1.  延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。
2.  避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。

### 3）只能保证一个共享变量的原子操作 ###

CAS 只对单个共享变量有效，当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。

**解决方式：**  
可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作.

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