java面试题-乐观锁与悲观锁是什么？

引言

在并发编程中，为了确保共享数据的一致性和正确性，锁的使用是不可避免的。乐观锁和悲观锁是两种不同的锁策略，它们分别适用于不同的并发场景。本教程将深入研究乐观锁和悲观锁的概念、实现原理、适用场景以及通过示例代码演示它们的应用。

1. 悲观锁（Pessimistic Lock）

悲观锁是一种悲观地认为冲突一定会发生的锁策略。在处理共享数据时，线程每次都会上锁，其他线程在想要处理相同数据时会被阻塞，直到获取锁为止。常见的悲观锁实现包括使用synchronized关键字。

1.1 悲观锁示例代码

public class PessimisticLockExample {
    private int sharedData = 0;

    // 使用悲观锁，synchronized关键字
    public synchronized void updateSharedData() {
        // 处理共享数据的业务逻辑
        sharedData++;
    }
}

在上述代码中，synchronized关键字确保了对updateSharedData方法的互斥访问，即一次只能有一个线程执行该方法，从而保证了共享数据的一致性。

2. 乐观锁（Optimistic Lock）

乐观锁是一种基于乐观假设的锁策略。在处理共享数据时，线程每次不会上锁，而是通过数据的版本号等机制判断其他线程是否更新了数据。最典型的乐观锁实现是使用CAS（Compare-and-Swap）操作。

2.1 乐观锁示例代码

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class OptimisticLockExample {
    private AtomicInteger sharedData = new AtomicInteger(0);

    public void updateSharedData() {
        int currentVersion = sharedData.get();
        int newVersion = currentVersion + 1;

        // 使用CAS操作更新数据
        if (sharedData.compareAndSet(currentVersion, newVersion)) {
            // 更新成功
            System.out.println("Data updated successfully");
        } else {
            // 更新失败，可能有其他线程已经更新了数据，进行重试或其他处理
            System.out.println("Data update failed. Retry or handle accordingly.");
        }
    }
}

在上述代码中，compareAndSet方法是CAS操作的一种，用于判断当前版本与期望版本是否一致，如果一致，则更新数据。如果不一致，说明有其他线程已经更新了数据，需要进行重试或其他处理。

3. 乐观锁与悲观锁的优缺点比较

3.1 乐观锁的优点

• 适用于读多写少的场景，可以省去频繁加锁、释放锁的开销，提高吞吐量。
• 在无冲突的情况下，不会发生线程阻塞，减少线程切换的开销。

3.2 乐观锁的缺点

• 在写比较多的场景下，由于版本不一致，可能会产生大量的重试和自旋，导致CPU消耗增加，性能下降。

3.3 悲观锁的优点

• 适用于写多的场景，通过互斥访问保证了数据的一致性，避免了冲突。
• 不会产生重试和自旋，减少CPU消耗。

3.4 悲观锁的缺点

• 在读多的场景下，频繁加锁、释放锁的开销

较大，可能成为性能瓶颈。

总结

乐观锁和悲观锁是并发编程中常用的两种锁策略，各有优缺点。选择合适的锁策略取决于应用场景的读写比例以及对性能的要求。在实际应用中，有时也可以根据具体情况采用两者的结合策略，以兼顾各自优势。