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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在此時也獲取變量值并且修改，兩個線程同時并發(fā)處理一個變量，就會導致并發(fā)問題。

這種并行處理數(shù)據(jù)庫的情況在實際的業(yè)務開發(fā)中很常見，兩個線程先后修改數(shù)據(jù)庫的值，導致數(shù)據(jù)有問題，該問題復現(xiàn)的概率不大，處理的時候需要對整個模塊體系有概念，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，導致和預期不一致的結果，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。

出現(xiàn)并發(fā)的情況時，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)讀寫的準確性，這被稱為并發(fā)控制，實現(xiàn)并發(fā)控制手段也很多，最常見的方式是資源加鎖，還有一種簡單的實現(xiàn)策略：修改數(shù)據(jù)前讀取數(shù)據(jù)，修改的時候加入限制條件，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、鎖機制簡介

并發(fā)編程中一個最關鍵的問題，多線程并發(fā)處理同一個資源，防止資源使用的沖突一個關鍵解決方法，就是在資源上加鎖：多線程序列化訪問。鎖是用來控制多個線程訪問共享資源的方式，鎖機制能夠讓共享資源在任意給定時刻只有一個線程任務訪問，實現(xiàn)線程任務的同步互斥，這是最理想但性能最差的方式，共享讀鎖的機制允許多任務并發(fā)訪問資源。

2、悲觀鎖

悲觀鎖，總是假設每次每次被讀取的數(shù)據(jù)會被修改，所以要給讀取的數(shù)據(jù)加鎖，具有強烈的資源獨占和排他特性，在整個數(shù)據(jù)處理過程中，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)，例如synchronized關鍵字的實現(xiàn)就是悲觀機制。

悲觀鎖的實現(xiàn)，往往依靠數(shù)據(jù)庫提供的鎖機制，只有數(shù)據(jù)庫層提供的鎖機制才能真正保證數(shù)據(jù)訪問的排他性，否則，即使在本系統(tǒng)中實現(xiàn)了加鎖機制，也無法保證外部系統(tǒng)不會修改數(shù)據(jù)，悲觀鎖主要分為共享讀鎖和排他寫鎖。

排他鎖基本機制：又稱寫鎖，允許獲取排他鎖的事務更新數(shù)據(jù)，阻止其他事務取得相同的資源的共享讀鎖和排他鎖。若事務T對數(shù)據(jù)對象A加上寫鎖，事務T可以讀A也可以修改A，其他事務不能再對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制。悲觀鎖大多數(shù)情況下依靠數(shù)據(jù)庫的鎖機制實現(xiàn)，以保證操作最大程度的獨占性。但隨之而來的就是數(shù)據(jù)庫性能的大量開銷，特別是對長事務的開銷非常的占資源，樂觀鎖機制在一定程度上解決了這個問題。

樂觀鎖大多是基于數(shù)據(jù)版本記錄機制實現(xiàn)，為數(shù)據(jù)增加一個版本標識，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version字段來實現(xiàn)。讀取出數(shù)據(jù)時，將此版本號一同讀出，之后更新時，對此版本號加一。此時，將提交數(shù)據(jù)的版本數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫表對應記錄的當前版本信息進行比對，如果提交的數(shù)據(jù)版本號等于數(shù)據(jù)庫表當前版本號，則予以更新，否則認為是過期數(shù)據(jù)。樂觀鎖機制在高并發(fā)場景下，可能會導致大量更新失敗的操作。

樂觀鎖的實現(xiàn)是策略層面的實現(xiàn)：CAS(Compare-And-Swap)。當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能成功更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，并可以再次嘗試。

4、機制對比

悲觀鎖本身的實現(xiàn)機制就以損失性能為代價，多線程爭搶，加鎖、釋放鎖會導致比較多的上下文切換和調(diào)度延時，加鎖的機制會產(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)務場景判斷，這種選擇需要依賴經(jīng)驗判斷，不過隨著技術迭代，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，可以設置超時時間，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，和當前鎖綁定;

2、應用案例

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鎖機制，分別依次執(zhí)行任務，這是Lock的基礎用法，各種API的詳解，下次再說。

3、與synchronized對比

基于synchronized實現(xiàn)的鎖機制，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)的機會。顯式的使用Lock語法，可以在finally語句中最終釋放鎖，維護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間。