多线程之锁优化：使用乐观锁优化并行操作

多线程之锁优化：使用乐观锁优化并行操作

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/echohuangshihuxue/article/details/141724176

在多线程编程中，锁机制是保证线程安全的重要手段。除了传统的悲观锁（如Synchronized和Lock），乐观锁作为一种非阻塞型的锁机制，通过CAS（Compare and Swap）算法实现，在高并发场景下展现出更好的性能。本文将深入探讨乐观锁的实现原理、应用场景以及性能优化方案。

什么是乐观锁

乐观锁的核心思想是在操作共享资源时，总是假设自己可以成功完成操作。当多个线程同时操作一个共享资源时，只有一个线程会成功。失败的线程不会像悲观锁一样被挂起，而是可以选择重试或放弃。

乐观锁的实现原理

CAS算法

CAS是实现乐观锁的核心算法，包含三个参数：V（需要更新的变量）、E（预期值）和N（最新值）。只有当V等于E时，V才会被更新为N。如果V与E不同，说明已有其他线程修改了V，此时当前线程不做操作，返回V的真实值。

在JDK的concurrent包中，atomic路径下的类都是基于CAS实现的。以AtomicInteger为例：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

处理器如何实现原子操作

处理器通过总线锁定和缓存锁定机制来保证复杂内存操作的原子性。现代处理器普遍支持缓存锁定机制，当某个处理器对缓存中的共享变量进行操作时，会通知其他处理器放弃存储该共享资源或重新读取该共享资源。

优化CAS乐观锁

在写大于读的场景下，CAS失败的可能性会增大。为了解决这一问题，JDK 1.8引入了LongAdder类。LongAdder通过将操作分散到多个变量值上，降低了操作共享变量的并发数。其内部由一个base变量和一个cell[]数组组成：

最终结果通过以下公式计算得出：

性能对比测试

在不同场景（读多写少、读少写多、读写相当）和不同竞争级别下，对Synchronized、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock以及乐观锁LongAdder进行了压测。测试结果表明：

• 在读大于写的场景下，读写锁ReentrantReadWriteLock、StampedLock以及乐观锁的读写性能最好。
• 在写大于读的场景下，乐观锁的性能最好。
• 在读写相当的场景下，两种读写锁以及乐观锁的性能优于Synchronized和ReentrantLock。

总结

乐观锁通过CAS算法实现，具有非阻塞特性，在高并发场景下展现出更好的性能。然而，它只能保证单个变量操作的原子性，对于涉及多个变量的操作，仍需依赖悲观锁。在实际应用中，应根据具体场景选择合适的锁机制。