Java锁（悲观、乐观锁、CAS原子操作）

Java死锁发生的必要条件

Java死锁产生的四个必要条件:

1. 互斥使用，即当一个线程占用了资源，其他线程不能使用。
2. 不可抢占。资源请求者不能强行获取资源，只能有资源拥有者自己释放。
3. 请求和保持。即当资源拥有者在请求其他资源的同时，保持原有资源的拥有。
4. 循环等待。即存在一个等待队列，p1占有p2,p2占有p3，p3占有p1。

在Java编程中有三种典型的死锁。

1. 静态的锁顺序死锁

• 所有需要多个锁的线程，都要以相同的顺序来获取锁。

2. 动态的锁顺序死锁

• 使用System.identifyHashCode来定义锁的顺序。确保所有线程都以相同的顺序来获取锁。

3. 写作对象之间的死锁

• 需要使用开发调用，避免在持有锁的情况下调用外部的方法。

Java乐观锁和悲观锁

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（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。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。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。
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，但是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，可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。
两种锁的使用场景
从上面对两种锁的介绍，我们知道两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

CAS原子操作

Compare And Set（或Compare And Swap），CAS是解决多线程并行情况下使用锁造成性能损耗的一种机制，CAS 操作中主要有三个操作数 内存位置（V）、预期原值（A）、新值(B)。如果内存位置和预期原值相匹配，处理器会自动将内存位置的值替换为新值。否则处理器不做任何处理。
CAS有效的说明了，该地址的值是A，如果是这个值，将B放置到A的位置。否则将地址中的值告诉我。拿到新值重新计算操作。

CAS存在的问题

• CAS虽然很高效的解决原子操作，但是CAS仍然存在三大问题。ABA问题，循环时间长开销大和只能保证一个共享变量的原子操作。

• ABA问题。因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
  循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。

• 只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量i＝2,j=a，合并一下ij=2a，然后用CAS来操作ij。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。

参考

• Java 实例 - 死锁及解决方法
• Java死锁
• CAS 原子操作
• CAS-乐观锁与悲观锁
• 乐观锁与悲观锁的使用