解释Java中的乐观锁与悲观锁的实现原理

1. 什么是乐观锁？

乐观锁就像一个乐观的人，认为大部分时候不会有冲突，所以它不会主动加锁，而是通过一种“检测机制”来判断是否真的发生了冲突。

原理：

• 乐观锁的核心思想是“先操作，再检查”。
• 每次操作数据时，先读取数据的版本号（或者时间戳）。
• 修改数据时，再检查数据的版本号是否还是原来的。如果版本号没有改变，说明没有其他线程修改过数据，可以安全地提交操作；如果版本号改变了，说明有冲突，就需要重新尝试操作。

实现方式：

在Java中，乐观锁通常通过**CAS（Compare-And-Swap，比较并交换）**机制来实现。CAS是一种无锁的操作，它会比较当前值和期望值是否一致，如果一致就更新，否则就失败。

举个例子：

• 假设你有一个商品库存，每次修改库存时，都会记录一个版本号。
• 当线程A读取库存时，它也会读取当前的版本号，比如版本号是1。
• 线程A尝试更新库存时，会检查版本号是否还是1。如果版本号还是1，说明没有其他线程修改过库存，线程A就可以安全地更新库存并将版本号改为2。
• 如果版本号已经变成2，说明另一个线程已经修改过库存，线程A就需要重新读取数据并尝试更新。

优点：

• 不需要真正加锁，性能较高，尤其是在读多写少的场景下（比如电商系统中浏览商品详情的场景）。
• 不会出现死锁问题。

缺点：

• 如果并发冲突频率较高，可能会导致频繁的重试，反而降低性能。

2. 什么是悲观锁？

悲观锁就像一个悲观的人，认为每次操作数据时都可能发生冲突，所以它会主动加锁，确保其他线程无法同时修改数据。

原理：

• 悲观锁的核心思想是“先加锁，再操作”。
• 每次操作数据时，先给数据加锁，确保其他线程无法访问或修改。
• 操作完成后，释放锁。

实现方式：

在Java中，悲观锁通常通过数据库的锁机制或者Java的同步锁来实现。

（1）数据库锁：

• 悲观锁可以通过数据库的SELECT ... FOR UPDATE语句来实现。
• 当一个线程执行SELECT ... FOR UPDATE时，数据库会给查询的那条数据加锁，其他线程无法修改这条数据，直到锁被释放。

举个例子：

• 假设你有一个商品库存表，线程A要修改库存时，会执行SELECT ... FOR UPDATE。
• 数据库会给这条库存记录加锁，其他线程如果尝试修改这条记录，就会被阻塞，直到线程A完成操作并释放锁。

（2）Java同步锁：

• 悲观锁可以通过Java的synchronized关键字或者ReentrantLock来实现。
• 在操作共享资源时，先用synchronized或ReentrantLock加锁，确保只有一个线程能访问。

举个例子：

• 假设多个线程要修改一个共享变量count。
• 你可以用synchronized来确保每次只有一个线程可以修改这个变量。

优点：

• 能够完全避免并发冲突，因为加锁后其他线程无法访问数据。
• 在冲突频率较高的场景下（比如多个线程频繁修改数据的场景），性能更稳定。

缺点：

• 性能较低，因为加锁会导致其他线程等待，降低系统吞吐量。
• 如果锁没有正确释放，可能会导致死锁。

3. 选择乐观锁还是悲观锁？

• 读多写少的场景：选择乐观锁更合适，因为大部分操作不会发生冲突，乐观锁会更高效。
• 写多读少的场景：选择悲观锁更合适，因为冲突频率较高，悲观锁能避免频繁重试。

总结：

• 乐观锁是“先操作，再检查”，通过版本号或CAS实现，适合冲突较少的场景。
• 悲观锁是“先加锁，再操作”，通过数据库锁或synchronized实现，适合冲突较多的场景。