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。

注意 “在此期间” 的含义是 拿到数据到更新数据 的这段时间。因为没有加锁，所以别的线程可能会更改。还有一点那就是乐观锁其实是不加锁的。

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。

意思是，你老爸想让你娶张三，等到真正结婚的那天，如果你老爸预想的新娘子(张三)和你真实取得新娘子一样，就给你办婚礼，否则不办婚礼。

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。

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）

ABA问题看似没问题，其实在金融行业会造成隐患，你会容忍别人拿走你的100万再还回来，而你却毫不知情嘛？

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。

image.png

OK，今天的文章先写到这。如果问题还请批评指正。

来源：https://www.tuicool.com/articles/aYfM3qI