Java并發(fā)編程中的悲觀鎖和樂觀鎖機(jī)制
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一、資源和加鎖
1、場景描述
多線程并發(fā)訪問同一個(gè)資源問題，假如線程A獲取變量之后修改變量值，線程C在此時(shí)也獲取變量值并且修改，兩個(gè)線程同時(shí)并發(fā)處理一個(gè)變量，就會(huì)導(dǎo)致并發(fā)問題。
這種并行處理數(shù)據(jù)庫的情況在實(shí)際的業(yè)務(wù)開發(fā)中很常見，兩個(gè)線程先后修改數(shù)據(jù)庫的值，導(dǎo)致數(shù)據(jù)有問題，該問題復(fù)現(xiàn)的概率不大，處理的時(shí)候需要對整個(gè)模塊體系有概念，才能容易定位問題。
2、演示案例
public class LockThread01 {
public static void main(String[] args) {
CountAdd countAdd = new CountAdd() ;
AddThread01 addThread01 = new AddThread01(countAdd) ;
addThread01.start();
AddThread02 varThread02 = new AddThread02(countAdd) ;
varThread02.start();
}
}
class AddThread01 extends Thread {
private CountAdd countAdd ;
public AddThread01 (CountAdd countAdd){
this.countAdd = countAdd ;
}
@Override
public void run() {
countAdd.countAdd(30);
}
}
class AddThread02 extends Thread {
private CountAdd countAdd ;
public AddThread02 (CountAdd countAdd){
this.countAdd = countAdd ;
}
@Override
public void run() {
countAdd.countAdd(10);
}
}
class CountAdd {
private Integer count = 0 ;
public void countAdd (Integer num){
try {
if (num == 30){
count = count + 50 ;
Thread.sleep(3000);
} else {
count = count + num ;
}
System.out.println("num="+num+";count="+count);
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}這里案例演示多線程并發(fā)修改count值，導(dǎo)致和預(yù)期不一致的結(jié)果，這是多線程并發(fā)下最常見的問題，尤其是在并發(fā)更新數(shù)據(jù)時(shí)。
出現(xiàn)并發(fā)的情況時(shí)，就需要通過一定的方式或策略來控制在并發(fā)情況下數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確性，這被稱為并發(fā)控制，實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制手段也很多，最常見的方式是資源加鎖，還有一種簡單的實(shí)現(xiàn)策略：修改數(shù)據(jù)前讀取數(shù)據(jù)，修改的時(shí)候加入限制條件，保證修改的內(nèi)容在此期間沒有被修改。
二、鎖的概念簡介
1、鎖機(jī)制簡介
并發(fā)編程中一個(gè)最關(guān)鍵的問題，多線程并發(fā)處理同一個(gè)資源，防止資源使用的沖突一個(gè)關(guān)鍵解決方法，就是在資源上加鎖：多線程序列化訪問。鎖是用來控制多個(gè)線程訪問共享資源的方式，鎖機(jī)制能夠讓共享資源在任意給定時(shí)刻只有一個(gè)線程任務(wù)訪問，實(shí)現(xiàn)線程任務(wù)的同步互斥，這是最理想但性能最差的方式，共享讀鎖的機(jī)制允許多任務(wù)并發(fā)訪問資源。
2、悲觀鎖
悲觀鎖，總是假設(shè)每次每次被讀取的數(shù)據(jù)會(huì)被修改，所以要給讀取的數(shù)據(jù)加鎖，具有強(qiáng)烈的資源獨(dú)占和排他特性，在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程中，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)，例如synchronized關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)就是悲觀機(jī)制。
悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)，往往依靠數(shù)據(jù)庫提供的鎖機(jī)制，只有數(shù)據(jù)庫層提供的鎖機(jī)制才能真正保證數(shù)據(jù)訪問的排他性，否則，即使在本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了加鎖機(jī)制，也無法保證外部系統(tǒng)不會(huì)修改數(shù)據(jù)，悲觀鎖主要分為共享讀鎖和排他寫鎖。
排他鎖基本機(jī)制：又稱寫鎖，允許獲取排他鎖的事務(wù)更新數(shù)據(jù)，阻止其他事務(wù)取得相同的資源的共享讀鎖和排他鎖。若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上寫鎖，事務(wù)T可以讀A也可以修改A，其他事務(wù)不能再對A加任何鎖，直到T釋放A上的寫鎖。
3、樂觀鎖
樂觀鎖相對悲觀鎖而言，采用更加寬松的加鎖機(jī)制。悲觀鎖大多數(shù)情況下依靠數(shù)據(jù)庫的鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)，以保證操作最大程度的獨(dú)占性。但隨之而來的就是數(shù)據(jù)庫性能的大量開銷，特別是對長事務(wù)的開銷非常的占資源，樂觀鎖機(jī)制在一定程度上解決了這個(gè)問題。
樂觀鎖大多是基于數(shù)據(jù)版本記錄機(jī)制實(shí)現(xiàn)，為數(shù)據(jù)增加一個(gè)版本標(biāo)識(shí)，在基于數(shù)據(jù)庫表的版本解決方案中，一般是通過為數(shù)據(jù)庫表增加一個(gè)version字段來實(shí)現(xiàn)。讀取出數(shù)據(jù)時(shí)，將此版本號(hào)一同讀出，之后更新時(shí)，對此版本號(hào)加一。此時(shí)，將提交數(shù)據(jù)的版本數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫表對應(yīng)記錄的當(dāng)前版本信息進(jìn)行比對，如果提交的數(shù)據(jù)版本號(hào)等于數(shù)據(jù)庫表當(dāng)前版本號(hào)，則予以更新，否則認(rèn)為是過期數(shù)據(jù)。樂觀鎖機(jī)制在高并發(fā)場景下，可能會(huì)導(dǎo)致大量更新失敗的操作。
樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)是策略層面的實(shí)現(xiàn)：CAS(Compare-And-Swap)。當(dāng)多個(gè)線程嘗試使用CAS同時(shí)更新同一個(gè)變量時(shí)，只有其中一個(gè)線程能成功更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會(huì)被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，并可以再次嘗試。
4、機(jī)制對比
悲觀鎖本身的實(shí)現(xiàn)機(jī)制就以損失性能為代價(jià)，多線程爭搶，加鎖、釋放鎖會(huì)導(dǎo)致比較多的上下文切換和調(diào)度延時(shí)，加鎖的機(jī)制會(huì)產(chǎn)生額外的開銷，還有增加產(chǎn)生死鎖的概率，引發(fā)性能問題。
樂觀鎖雖然會(huì)基于對比檢測的手段判斷更新的數(shù)據(jù)是否有變化，但是不確定數(shù)據(jù)是否變化完成，例如線程1讀取的數(shù)據(jù)是A1，但是線程2操作A1的值變化為A2，然后再次變化為A1，這樣線程1的任務(wù)是沒有感知的。
悲觀鎖每一次數(shù)據(jù)修改都要上鎖，效率低，寫數(shù)據(jù)失敗的概率比較低，比較適合用在寫多讀少場景。
樂觀鎖并未真正加鎖，效率高，寫數(shù)據(jù)失敗的概率比較高，容易發(fā)生業(yè)務(wù)形異常，比較適合用在讀多寫少場景。
是選擇犧牲性能，還是追求效率，要根據(jù)業(yè)務(wù)場景判斷，這種選擇需要依賴經(jīng)驗(yàn)判斷，不過隨著技術(shù)迭代，數(shù)據(jù)庫的效率提升，集群模式的出現(xiàn)，性能和效率還是可以兩全的。
三、Lock基礎(chǔ)案例
1、Lock方法說明
lock：執(zhí)行一次獲取鎖，獲取后立即返回；
lockInterruptibly：在獲取鎖的過程中可以中斷；
tryLock：嘗試非阻塞獲取鎖，可以設(shè)置超時(shí)時(shí)間，如果獲取成功返回true，有利于線程的狀態(tài)監(jiān)控；
unlock：釋放鎖，清理線程狀態(tài)；
newCondition：獲取等待通知組件，和當(dāng)前鎖綁定；
2、應(yīng)用案例
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockThread02 {
public static void main(String[] args) {
LockNum lockNum = new LockNum() ;
LockThread lockThread1 = new LockThread(lockNum,"TH1");
LockThread lockThread2 = new LockThread(lockNum,"TH2");
LockThread lockThread3 = new LockThread(lockNum,"TH3");
lockThread1.start();
lockThread2.start();
lockThread3.start();
}
}
class LockNum {
private Lock lock = new ReentrantLock() ;
public void getNum (){
lock.lock();
try {
for (int i = 0 ; i < 3 ; i++){
System.out.println("ThreadName:"+Thread.currentThread().getName()+";i="+i);
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
class LockThread extends Thread {
private LockNum lockNum ;
public LockThread (LockNum lockNum,String name){
this.lockNum = lockNum ;
super.setName(name);
}
@Override
public void run() {
lockNum.getNum();
}
}這里多線程基于Lock鎖機(jī)制，分別依次執(zhí)行任務(wù)，這是Lock的基礎(chǔ)用法，各種API的詳解，下次再說。
3、與synchronized對比
基于synchronized實(shí)現(xiàn)的鎖機(jī)制，安全性很高，但是一旦線程失敗，直接拋出異常，沒有清理線程狀態(tài)的機(jī)會(huì)。顯式的使用Lock語法，可以在finally語句中最終釋放鎖，維護(hù)相對正常的線程狀態(tài)，在獲取鎖的過程中，可以嘗試獲取，或者嘗試獲取鎖一段時(shí)間。
四、源代碼地址
GitHub·地址 https://github.com/cicadasmile/java-base-parent GitEE·地址 https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent
到此，關(guān)于“Java并發(fā)編程中的悲觀鎖和樂觀鎖機(jī)制”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！
新聞名稱：Java并發(fā)編程中的悲觀鎖和樂觀鎖機(jī)制
網(wǎng)頁路徑：http://muchs.cn/article14/gdiege.html
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