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作者:wolf鬼刀前言文章目录乐观锁&悲观锁&自旋锁悲观锁乐观锁1

简介: 作者:wolf鬼刀前言文章目录乐观锁&悲观锁&自旋锁一、悲观锁二、乐观锁1.乐观锁常见的两种实现方式2. 版本号机制3. CAS算法4. CAS缺点四、乐观锁和悲观锁的使用场景五、自选锁1.自选锁的原理2.自选锁的缺陷

作者:wolf鬼刀前言文章目录乐观锁&悲观锁&自旋锁一、悲观锁二、乐观锁1.乐观锁常见的两种实现方式2. 版本号机制3. CAS算法4. CAS缺点四、乐观锁和悲观锁的使用场景五、自选锁1.自选锁的原理2.自选锁的缺陷3.自旋锁的使用场景一、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。

二、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。

1.乐观锁常见的两种实现方式2. 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。

举一个简单的例子:1.假设数据库中帐户信息表中有一个 versionversionversion 字段,当前值为 111 ;而当前帐户余额字段( balancebalancebalance )为2.当需要对账户信息表进行更新的时候,需要首先读取version字段。

3.操作员 AAA 此时将其读出( version=1version=1version=1 ),并从其帐户余额中扣除 1001001002.当需要对账户信息表进行更新的时候,需要首先读取version字段。

在操作员 AAA操作的过程中,操作员BBB 也读入此用户信息( version=1version=1version=1),并从其帐户余额中扣除 100-balance=505050 ),提交至数据库更新,6.此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本,数据被更新,数据库记录versionversionversion 更新为 222。

操作员 BBB7.完成了操作,提交更新之前会先看数据库的版本和自己读取到的版本是否一致,但此时比对数据库记录版本时发现,操作员 BBB 提交的数据版本号为 222,而自己读取到的版本号为111 ,不满足 “ 当前最后更新的versionversionversion与操作员第一次读取的版本号相等 “ 的乐观锁策略,因此,操作员 B的提交被驳回。

8.这样,就避免了操作员 BBB 用基于 version=1version=1version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员A 的操作结果的可能。

3. 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 E拟写入的新的值 N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)。

假如现在有两个线程t1t1t1,t2t2t2,他们各自的运行环境中都有共享变量的副本V1V1V1、V2V2V2,预期值E1E1E1、E2E2E2,预期主存中的值还没有被改变.假设现在在并发环境,并且t1t1t1先拿到了执行权限,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次发起尝试.然后t1t1t1比较预期值E1E1E1和主存中的VVV,发现E1=VE1=VE1=V,说明预期值是正确的,执行N1=V1+1N1=V1+1N1=V1+1,并将N1N1N1的值传入主存。

这时候贮存中的V=21V=21V=21.然后t2t2t2又紧接着拿到了执行权,比较E2E2E2和主存VVV的值,由于VVV已经被t1t1t1改为21,所以E2!=VE2!=VE2!=V,t2t2t2线程将主存中已经改变的值更新到自己的副本中,再发起重试;直到预期值等于主存中的值,说明没有别的线程对旧值进行修改,继续执行代码,退出;4. CAS缺点1.循环时间太长;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。

如果JVM能支持处理器的pause指令那么效率会有一定的提升,pause指令有两个作用,第一它可以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。

第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序(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。

但是从 JDK 1.5开始,了icReference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.所以我们可以使用锁或者利用icReference类把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。

3.会出现ABA问题;如果一个变量V初次读取的时候是A值,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值,那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?

很明显是不能的,因为在这段时间它的值可能被改为其他值,然后又改回A,那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。

JDK 1.5 以后的 icStampedReference 类就了此种能力,其中的 compareAndSet 方法就是 首先检查当前引用是否等于预期引用,并且当前标志是否等于预期标志,如果全部相等,则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值四、乐观锁和悲观锁的使用场景1.什么时候使用乐观锁?

其中:GIT,SVN,CVS等代码版本控制管理器,就是一个乐观锁使用很好的场景,例如:A、B程序员,同时从SVN服务器上了code.html文件,当A完成提交后,此时B再提交,那么会报版本,此时需要B进行版本处理合并后,再提交到服务器。

如果此时使用的是悲观锁,那么意味着所有程序员都必须一个一个等待操作提交完,才能访问文件,这是难以接受的。

一旦通过悲观锁锁定一个资源,那么其他需要操作该资源的使用方,只能等待直到锁被释放,好处在于可以减少并发,但是当并发量非常大的时候,由于锁消耗资源,并且可能锁定时间过长,容易导致系统性能下降,资源消耗严重。

因此一般我们可以在并发量不是很大,并且出现并发情况导致的异常用户和系统都很难以接受的情况下,会选择悲观锁进行。

而且CAS避免了请求操作系统来裁定锁的问题,不需要进入内核,不需要切换线程,操作自旋几率较少,因此可以获得更高的性能不用麻烦操作系统,直接在CPU内部就搞定了五、自旋锁何谓自旋锁?

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。

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1.自选锁的原理跟互斥锁一样,一个执行单元要想访问被自旋锁保护的共享资源,必须先得到锁,在访问完共享资源后,必须释放锁。

如果在获取自旋锁时,没有任何执行单元保持该锁,那么将立即得到锁;如果在获取自旋锁时锁已经有保持者,那么获取锁操作将自旋在那里,一直去尝试获取锁,直到该自旋锁的保持者释放了锁。

试图递归地获得自旋锁必然会引起死锁:递归程序的持有实例在第二个实例循环,以试图获得相同自旋锁时,不会释放此自旋锁。

在递归程序中使用自旋锁应遵守下列策略:递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己,也决不能在递归调用时试图获得相同的自旋锁。

如果不加限制,由于申请锁的线程一直在循环等待,因此自旋锁在锁定的时候,如果不成功,不会睡眠,会持续的尝试,单cpu的时候自旋锁会让其它process动不了. 因此,一般自旋锁实现会有一个参数限定最多持续尝试次数. 超出后, 自旋锁放弃当前time slice. 等下一次机会。

正是由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短,因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的,自旋锁的效率远高于互斥锁。

信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况,它们会导致调用者睡眠,因此只能在进程上下文使用,而自旋锁适合于保持时间非常短的情况,它可以在任何上下文使用。

如果被保护的共享资源只在进程上下文访问,使用信号量保护该共享资源非常合适,如果对共享资源的访问时间非常短,自旋锁也可以。

但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问(包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断),就必须使用自旋锁。

自旋锁保持期间是抢占失效的,而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。

自旋锁只有在内核可抢占或SMP(多处理器)的情况下才真正需要,在单CPU且不可抢占的内核下,自旋锁的所有操作都是空操作。


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