【Java】乐观锁这么重要，看我们如何2步手动实现（极其重要，面试必问）

• Z时代
• 2024-01-10
• 分类：技术分享

public class Test {
//一个变量a
private static volatile int a = 0;
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
Thread[] threads = new Thread[5];
//定义5个线程，每个线程加10
for (int i = 0; i < 5; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
try {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
System.out.println(a++);
Thread.sleep(500);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
threads[i].start();
}
}
}

public class Test3 {
//使用AtomicInteger定义a
static AtomicInteger a = new AtomicInteger();
public static void main(String[] args) {
Test3 test = new Test3();
Thread[] threads = new Thread[5];
for (int i = 0; i < 5; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
try {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
//使用getAndIncrement函数进行自增操作
System.out.println(a.incrementAndGet());
Thread.sleep(500);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
threads[i].start();
}
}
}

/**
* Atomically increments by one the current value.
* @return the updated value
*/
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}

public class Data {
//数据版本号
static int version = 1;
//真实数据
static String data = "java的架构师技术栈";
public static int getVersion(){
return version;
}
public static void updateVersion(){
version = version + 1;
}
}

public class OptimThread extends Thread {
public int version;
public String data;
//构造方法和getter、setter方法
public void run() {
// 1.读数据
String text = Data.data;
println("线程"+ getName() + "，获得的数据版本号为：" + Data.getVersion());
println("线程"+ getName() + "，预期的数据版本号为：" + getVersion());
System.out.println("线程"+ getName()+"读数据完成=========data = " + text);
// 2.写数据：预期的版本号和数据版本号一致，那就更新
if(Data.getVersion() == getVersion()){
println("线程" + getName() + "，版本号为：" + version + "，正在操作数据");
synchronized(OptimThread.class){
if(Data.getVersion() == this.version){
Data.data = this.data;
Data.updateVersion();
System.out.println("线程" + getName() + "写数据完成=========data = " + this.data);
return ;
}
}
}else{
// 3. 版本号不正确的线程，需要重新读取，重新执行
println("线程"+ getName() + "，获得的数据版本号为：" + Data.getVersion());
println("线程"+ getName() + "，预期的版本号为：" + getVersion());
System.err.println("线程"+ getName() + "，需要重新执行。==============");
}
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <= 2; i++) {
new OptimThread(String.valueOf(i), 1, "fdd").start();
}
}
}

java多线程中的锁分类多种多样，其中有一种主要的分类方式就是乐观和悲观进行划分的。这篇文章主要介绍如何自己手写一个乐观锁代码。不过文章为了保证完整性，会从基础开始介绍。

一、乐观锁概念

说是写乐观锁的概念，但是通常乐观锁和悲观锁的概念都要一块写。对比着来才更有意义。

1、悲观锁概念

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。

比如synchronized就是一个悲观锁，当一个方法使用了synchronized修饰时，其他的线程想要拿到这个方法就需要等到别的线程释放。

数据库里面也用到了这种悲观锁的机制。比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。这样其他的线程就不能同步操作，必须要等到他释放才可以。

2、乐观锁概念

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，只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。

了解了概念之后，再看个例子：java中的Atomic包下的类就是使用了乐观锁机制。我们挑出来一个看看官方是如何实现的，然后按照这样的实现机制我们自己就可以实现。

3、乐观锁实现案例

java并发机制中主要有三个特性需要我们去考虑，原子性、可见性和有序性。AtomicInteger的作用就是为了保证原子性。就是用这个演示：

public class Test {
//一个变量a
private static volatile int a = 0;
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
Thread[] threads = new Thread[5];
//定义5个线程，每个线程加10
for (int i = 0; i < 5; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
try {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
System.out.println(a++);
Thread.sleep(500);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
threads[i].start();
}
}
}

这个例子很简单：我们定义了一个变量a，初始值是0，然后使用5个线程去增加，每个线程增加10，按道理来说5个线程一共增加了50，运行一下不到50，原因就在于里面那个加一操作：a++;

对于a++的操作，其实可以分解为3个步骤。

**（1）从主存中读取a的值**

**（2）对a进行加1操作**

**（3）把a重新刷新到主存**

线程1把a进行了加1操作，但是还没来得及重刷入到主存，线程2就读取了，此时线程2读取的肯定是没来及刷入内存的旧值。这才造成了错误。解决办法就可以使用AtomicInteger：

public class Test3 {
//使用AtomicInteger定义a
static AtomicInteger a = new AtomicInteger();
public static void main(String[] args) {
Test3 test = new Test3();
Thread[] threads = new Thread[5];
for (int i = 0; i < 5; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
try {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
//使用getAndIncrement函数进行自增操作
System.out.println(a.incrementAndGet());
Thread.sleep(500);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
threads[i].start();
}
}
}

现在我们使用AtomicInteger定义a，然后使用incrementAndGet进行自增操作，最后的结果就总是50了。我们来分析一下：

4、乐观锁案例分析

想要找出来答案我们还要从AtomicInteger的incrementAndGet方法说起。因为这个方法实现了锁一样的功能。这里使用的是jdk1.8的版本，不同的版本会有出入。

/**
* Atomically increments by one the current value.
* @return the updated value
*/
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}

这里我们可以看到自增操作主要是使用了unsafe的getAndAddInt方法。因为不是专门介绍AtomicInteger，所以不会对源码进行详细的分析。

• Unsafe：Unsafe是位于sun.misc包下的一个类，Unsafe类使Java语言拥有了类似C语言指针一样操作内存空间的能力。也就是说我们直接操作了内存空间进行了加1操作。
• unsafe.getAndAddInt：其内部又调用了Unsafe.compareAndSwapInt方法。这个机制叫做CAS机制，

CAS 即比较并替换，实现并发算法时常用到的一种技术。CAS操作包含三个操作数——内存位置、预期原值及新值。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。

我们使用一个例子来解释相信你会更加的清楚。

但是这样的CAS机制会带来一个比较常见的问题。那就是ABA问题，你在桌子上放了100元，回来还是100，但是在你走的那段时间，别人已经拿走了100块，后来又还回来了。这就是ABA问题。

解决ABA问题的思路就是给数据加上版本号。

5、乐观锁思想

OK，上面说了这么多，其实就是想说一句话那就是乐观锁可以由CAS机制+版本机制来实现。

• CAS机制：当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败。CAS 有效地说明了“ 我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，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即可“。
• 版本机制：CAS机制保证了在更新数据的时候没有被修改为其他数据的同步机制，版本机制就保证了没有被修改过的同步机制（意思是上面的ABA问题）。

基于这个思想我们就可以实现一个乐观锁。下面我们写一下代码。这个代码在我自己电脑上亲测通过。

二、实现一个乐观锁

第一步：定义我们要操作的数据

public class Data {
//数据版本号
static int version = 1;
//真实数据
static String data = "java的架构师技术栈";
public static int getVersion(){
return version;
}
public static void updateVersion(){
version = version + 1;
}
}

第二步：定义一个乐观锁

public class OptimThread extends Thread {
public int version;
public String data;
//构造方法和getter、setter方法
public void run() {
// 1.读数据
String text = Data.data;
println("线程"+ getName() + "，获得的数据版本号为：" + Data.getVersion());
println("线程"+ getName() + "，预期的数据版本号为：" + getVersion());
System.out.println("线程"+ getName()+"读数据完成=========data = " + text);
// 2.写数据：预期的版本号和数据版本号一致，那就更新
if(Data.getVersion() == getVersion()){
println("线程" + getName() + "，版本号为：" + version + "，正在操作数据");
synchronized(OptimThread.class){
if(Data.getVersion() == this.version){
Data.data = this.data;
Data.updateVersion();
System.out.println("线程" + getName() + "写数据完成=========data = " + this.data);
return ;
}
}
}else{
// 3. 版本号不正确的线程，需要重新读取，重新执行
println("线程"+ getName() + "，获得的数据版本号为：" + Data.getVersion());
println("线程"+ getName() + "，预期的版本号为：" + getVersion());
System.err.println("线程"+ getName() + "，需要重新执行。==============");
}
}
}

第三步：测试

public class Test {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <= 2; i++) {
new OptimThread(String.valueOf(i), 1, "fdd").start();
}
}
}

定义了两个线程，然后进行读写操作

第四步：输出结果

这个结果可以看到在读数据的时候只要发现没有变化即可，但是更新数据的时候要判断当前的版本号和预期的版本号是否一致，如果一致那就更新，如果不一致，那就说明更新失败。

OK，今天的文章先写到这。如果问题还请批评指正。

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