下面开启事务一:当男柜员执行回款写入操作前,他会先查看(读)一下金库中还有多少钱,此时读到金库中有 100 元,可以执行写操作,并把数据库中的钱更新为 120 元,提交事务,金库中的钱由 100 -> 120,version的版本号由 0 -> 1。
开启事务二:女柜员收到给员工发工资的请求后,需要先执行读请求,查看金库中的钱还有多少,此时的版本号是多少,然后从金库中取出员工的工资进行发放,提交事务,成功后版本 + 1,此时版本由 1 -> 2。
上面两种情况是最乐观的情况,上面的两个事务都是顺序执行的,也就是事务一和事务二互不干扰,那么事务要并行执行会如何呢?
事务一开启,男柜员先执行读操作,取出金额和版本号,执行写操作
begin update 表 set 金额 = 120,version = version + 1 where 金额 = 100 and version = 0此时金额改为 120,版本号为1,事务还没有提交
事务二开启,女柜员先执行读操作,取出金额和版本号,执行写操作
begin update 表 set 金额 = 50,version = version + 1 where 金额 = 100 and version = 0此时金额改为 50,版本号变为 1,事务未提交
现在提交事务一,金额改为 120,版本变为1,提交事务。理想情况下应该变为 金额 = 50,版本号 = 2,但是实际上事务二 的更新是建立在金额为 100 和 版本号为 0 的基础上的,所以事务二不会提交成功,应该重新读取金额和版本号,再次进行写操作。
这样,就避免了女柜员 用基于 version = 0 的旧数据修改的结果覆盖男操作员操作结果的可能。
CAS 算法省略代码,完整代码请参照
CAS 即 compare and swap(比较与交换),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
Java 从 JDK1.5 开始支持,java.util.concurrent 包里提供了很多面向并发编程的类,也提供了 CAS 算法的支持,一些以 Atomic 为开头的一些原子类都使用 CAS 作为其实现方式。使用这些类在多核 CPU 的机器上会有比较好的性能。
如果要把证它们的原子性,必须进行加锁,使用 Synchronzied 或者 ReentrantLock,我们前面介绍它们是悲观锁的实现,我们现在讨论的是乐观锁,那么用哪种方式保证它们的原子性呢?请继续往下看
CAS 中涉及三个要素:
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。
我们以 java.util.concurrent 中的 AtomicInteger 为例,看一下在不用锁的情况下是如何保证线程安全的
public class 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(); } } public class 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(); } } } public class 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(); } } } public class AtomicTest { final static int 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。
乐观锁的缺点任何事情都是有利也有弊,软件行业没有完美的解决方案只有最优的解决方案,所以乐观锁也有它的弱点和缺陷:
ABA 问题