多线程（75）乐观读策略

ゝ一纸荒年。 2024-05-06 23:22 54阅读 0赞

乐观读策略是一种常见的并发控制方法，尤其在读多写少的场景中表现出色。这种策略基于一个假设：冲突发生的概率很低，所以在大多数情况下，无需在读操作时加锁。乐观读策略通常通过版本号或时间戳来实现，每次写操作会改变这个版本号或时间戳，而读操作会检查这个版本号或时间戳以确保数据的一致性。

下面以一个简单的使用版本号实现的乐观读策略为例，通过Java代码来演示这一概念。

#### 示例代码 ####

假设有一个共享资源`Resource`，这个资源有一个数据字段和一个版本号字段。每次写操作都会更新数据和版本号，而读操作则需要检验版本号以确认在读取数据过程中数据没有被修改。

public class OptimisticReadExample {
        
        private static class Resource {
        
            private volatile int data = 0; // 共享资源数据
            private volatile int version = 0; // 版本号
    
            // 写操作
            public synchronized void write(int newData) {
        
                data = newData;
                version++; // 写操作更新版本号
            }
    
            // 乐观读操作
            public int read() {
        
                int currentVersion = version;
                int result = data; // 读取数据
                // 检查在读取数据之后版本号是否发生了变化
                if (currentVersion != version) {
        
                    throw new IllegalStateException("Data was modified during reading");
                }
                return result;
            }
        }
        
        public static void main(String[] args) {
        
            final Resource resource = new Resource();
    
            // 模拟写操作
            new Thread(() -> {
        
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
        
                    resource.write(i);
                    System.out.println("Write: " + i);
                    try {
        
                        Thread.sleep(100); // 模拟耗时操作
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                }
            }).start();
    
            // 模拟读操作
            new Thread(() -> {
        
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
        
                    try {
        
                        System.out.println("Read: " + resource.read());
                    } catch (IllegalStateException e) {
        
                        System.out.println("Read failed due to modification");
                    }
                    try {
        
                        Thread.sleep(50); // 模拟耗时操作
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

在这个例子中，如果在读取数据的过程中数据被另一个线程修改（即版本号发生变化），则抛出`IllegalStateException`。这就是乐观读策略的核心：它假设在大多数情况下不会发生冲突，所以不加锁，但通过版本号检查来确保数据的一致性。

#### 特点与考虑 ####

*  **性能优势**：乐观读在读多写少的场景中可以显著提高性能，因为它减少了锁的使用。
 *  **冲突处理**：当检测到版本冲突时，需要有相应的策略来处理，比如重试读操作、回滚操作等。
 *  **适用场景**：乐观读策略特别适用于读操作远远多于写操作的场景。

#### 实际应用 ####

在实际应用中，许多高性能并发库和框架使用了乐观读策略，例如Java的`java.util.concurrent`包中的`StampedLock`就提供了一种基于时间戳的锁机制，支持乐观读锁。

乐观读策略是理解现代并发控制技术的一个重要环节。通过合理使用乐观读策略，可以在保证数据一致性的同时，显著提高应用程序的并发性能。