java并发编程（四）——无锁

悲观锁与乐观锁

悲观锁

一种悲观的思想，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。传统的关系型数据库里边就使用到了很多这种锁机制，比方行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。再比方Java里面的同步原语synchronized关键字的实现也是悲观锁。

乐观锁

一种乐观的的思想，每次取数据都假设别人不会修改，所以不会上锁。当需要更新数据时，会检测这个数据是否已经被其他人更新了，如果已经被别人更新过了，就返回让用户自己选择怎么处理。乐观锁适用于读多写少的场景。

java中解决临界区代码安全问题有两种办法：

阻塞式方法：使用synchronized或者Lock进行加锁。这其实就是一种悲观锁的思想。

非阻塞式方法：使用原子变量的方法。这就是一种乐观锁的思想。

java中乐观锁是通过CAS（compare and swap）方式实现的。

CAS算法

CAS算法有三个操作数，内存地址V，旧值A，新值B。

CAS算法的思想：当需要更新值时，先将旧值A与内存地址V中的值进行比较，如果相同，就说明没有其他人对这个值作更新，此时就可以执行更新操作；如果发现旧值A与内存地址V中的值不同，说明有其他人更新过这个值，此时将旧值A换成别人修改过的值，继续进行检测，直到检测到内存地址V中的值和A的值一样时，就执行更新操作。下面代码来模拟CAS算法。

public class CAS {

    private int value;  //代表内存地址中的值

    public synchronized int compareAndSwap(int A, int B){    //java中实际上没有使用synchronized关键字，而是通过操作硬件实现的
        int oldValue = value;
        if(oldValue == A){  //如果A的值和内存地址中的值相同就进行更新
            value = B;
        }
        return oldValue;   //返回上次内存地址中的值，在更新失败时将此值赋给A
    }
}

CAS 有效地说明了“ 我认为位置 V 应该包含值 A；假如包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值就可。 ”这其实和乐观锁的冲突检查+数据升级的原理是一样的。

CAS的优点：

1、没有使用锁，不存在死锁的情况。

2、在读多写少的情况下不需要每次都加锁，不会使其他线程阻塞。

CAS的缺点：

1、如果线程读写频繁，则循环检测会浪费CPU很多资源。

2、只能保证一个共享变量的原子操作。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。

3、存在ABA问题。

ABA问题：

在上面的算法中存在这样一个问题，如果线程1将A修改为B，线程2又将B修改为A，这时线程C想要修改这个值，他看到的还是A，操作可以顺利进行，但是却不知道A->B->A的这个变化。解决ABA问题可以在CAS方法中加入版本号，每次修改都使版本号加1，这样只要做了修改，版本号就会有变化。

参考资料

Java并发问题——乐观锁与悲观锁以及乐观锁的一种实现方式-CAS