前言
在学习Redis过程中，不可避免地会涉及大量短时地对数据库数据的修改。例如秒杀订单问题中，购买的优惠劵，会涉及到高并发的情况。这时就需要对修改的权限进行控制，避免产生优惠劵超卖的问题。
在多线程的系统中，锁是一种常用的控制手段。Java 中的锁有很多，可以按照不同的功能、种类进行分类。
本文将介绍悲观锁、乐观锁。
Java 按照是否对资源加锁分为乐观锁和悲观锁，乐观锁和悲观锁并不是一种真实存在的锁，而是一种设计思想，乐观锁和悲观锁对于理解 Java 多线程和数据库来说至关重要，下面就来探讨一下这两种实现方式的区别和优缺点。
悲观锁
悲观锁是一种悲观思想，它总认为最坏的情况可能会出现，它认为数据很可能会被其他人所修改，所以悲观锁在持有数据的时候总会把资源或者数据锁住，这样其他线程想要请求这个资源的时候就会阻塞，直到等到悲观锁把资源释放为止。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。悲观锁的实现往往依靠数据库本身的锁功能实现。
Java 中的 Synchronized 和 ReentrantLock 等独占锁(排他锁)也是一种悲观锁思想的实现，因为 Synchronzied 和 ReetrantLock 不管是否持有资源，它都会尝试去加锁，达到在一段时间内只有一个线程在进行修改，确保数据的正确性。
Synchronized
三种使用方法
- 修饰实例方法：作用于当前实例加锁
- 修饰静态方法：作用于当前类对象加锁
- 修饰代码块：指定加锁对象，对给定对象加锁
1、修饰方法
Synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。
public synchronized void method()
{
// todo
}
public void method()
{
synchronized(this) {
// todo
}
}写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法时的内容。
synchronized关键字不能继承。 虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：
#显式同步
class Parent {
public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
public synchronized void method() { }
}
#在子类中调用父类方法
class Parent {
public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
public void method() { super.method(); }
}注意：
- 在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
- 构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。
2、修饰代码块
class SyncThread implements Runnable {
private static int count;
public SyncThread() {
count = 0;
}
public void run() {
synchronized(this) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public class Demo00 {
public static void main(String args[]){
//调用方式一：test01
//SyncThread s1 = new SyncThread();
//SyncThread s2 = new SyncThread();
//Thread t1 = new Thread(s1);
//Thread t2 = new Thread(s2);
//调用方式二：test02
SyncThread s = new SyncThread();
Thread t1 = new Thread(s);
Thread t2 = new Thread(s);
t1.start();
t2.start();
}
}方式一，thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联。
方式二，当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(syncThread)中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。Thread1和thread2是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。
3、synchronized 锁的升级顺序
锁解决了数据的安全性，但是同样带来了性能的下降。hotspot 虚拟机的作者经过调查发现，大部分情况下，加锁的代码不仅仅不存在多线程竞争，而且总是由同一个线程多次获得。所以基于这样一个概率。
synchronized 在JDK1.6 之后做了一些优化，为了减少获得锁和释放锁来的性能开销，引入了偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁，锁的状态根据竞争激烈的程度从低到高不断升级。
锁主要存在四种状态，依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁。但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级。而且这个过程就是开销逐渐加大的过程。
4、底层实现
参考 ☆啃碎并发（七）：深入分析Synchronized原理 - 简书
乐观锁
认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。
乐观锁一般有两种实现方式：采用版本号机制 和 CAS（Compare-and-Swap，即比较并替换）算法实现。
以常见的优惠劵问题为例。
1、版本机制
在数据库优惠劵表中有一个version字段，用来标识当前版本，stock字段用来表示库存。每次修改前，都要先查库存是否大于0，版本号是多少。
大于0，则进入预备修改状态，准备修改数据，条件则是判断此时的版本号与查询时，是否一致。即检查在查询与修改之间这段时间，有没有其他线程对数据进行了修改。如果有，则取消修改。这样就能避免在查询时库存大于0，而修改后小于0。
2、CAS算法
是一种有名的无锁算法。即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）
CAS涉及三个要素：
- 需要读写的内存值 V
- 进行比较的值 A
- 拟写入的新值 B
当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。
JAVA对CAS的支持：在JDK1.5 中新添加 java.util.concurrent (J.U.C) 就是建立在 CAS 之上的。对于 synchronized 这种阻塞算法，CAS是非阻塞算法的一种实现。所以J.U.C在性能上有了很大的提升。以 java.util.concurrent 中的AtomicInteger 为例：
publicclass AtomicCounter {
private AtomicInteger integer = new AtomicInteger();
public AtomicInteger getInteger() {
return integer;
}
public void setInteger(AtomicInteger integer) {
this.integer = integer;
}
public void increment(){
integer.incrementAndGet();
}
public void decrement(){
integer.decrementAndGet();
}
}
publicclass AtomicProducer extends Thread{
private AtomicCounter atomicCounter;
public AtomicProducer(AtomicCounter atomicCounter){
this.atomicCounter = atomicCounter;
}
@Override
public void run() {
for(int j = 0; j < AtomicTest.LOOP; j++) {
System.out.println("producer : " + atomicCounter.getInteger());
atomicCounter.increment();
}
}
}
publicclass AtomicConsumer extends Thread{
private AtomicCounter atomicCounter;
public AtomicConsumer(AtomicCounter atomicCounter){
this.atomicCounter = atomicCounter;
}
@Override
public void run() {
for(int j = 0; j < AtomicTest.LOOP; j++) {
System.out.println("consumer : " + atomicCounter.getInteger());
atomicCounter.decrement();
}
}
}
publicclass AtomicTest {
finalstaticint LOOP = 10000;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
AtomicCounter counter = new AtomicCounter();
AtomicProducer producer = new AtomicProducer(counter);
AtomicConsumer consumer = new AtomicConsumer(counter);
producer.start();
consumer.start();
producer.join();
consumer.join();
System.out.println(counter.getInteger());
}
}经测试可得，不管循环多少次最后的结果都是0，也就是多线程并行的情况下，使用 AtomicInteger 可以保证线程安全性。incrementAndGet 和 decrementAndGet 都是原子性操作。本篇文章暂不探讨它们的实现方式。
3、乐观锁缺点
- ABA 问题
- 循环开销大
CAS与synchronized的使用情景
简单的来说 CAS 适用于写比较少的情况下（多读场景，冲突一般较少），synchronized 适用于写比较多的情况下（多写场景，冲突一般较多）
- 对于资源竞争较少（线程冲突较轻）的情况，使用 synchronized 同步锁进行线程阻塞和唤醒切换以及用户态内核态间的切换操作额外浪费消耗 cpu 资源；而 CAS 基于硬件实现，不需要进入内核，不需要切换线程，操作自旋几率较少，因此可以获得更高的性能。
- 对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS 自旋的概率会比较大，从而浪费更多的 CPU 资源，效率低于 synchronized。
