乐观锁，悲观锁

通过调用方式示例，我们可以发现悲观锁基本都是在显式的锁定之后再操作同步资源，而乐观锁则直接去操作同步资源。那么，为何乐观锁能够做到不锁定同步资源也可以正确的实现线程同步呢？我们通过介绍乐观锁的主要实现方式 “CAS” 的技术原理来为大家解惑。

乐观锁

CAS全称 Compare And Swap（比较与交换），是一种无锁算法。在不使用锁（没有线程被阻塞）的情况下实现多线程之间的变量同步。java.util.concurrent包中的原子类就是通过CAS来实现了乐观锁。

CAS算法涉及到三个操作数：

• 需要读写的内存值 V。
• 进行比较的值 A。
• 要写入的新值 B。

当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值（“比较+更新”整体是一个原子操作），否则不会执行任何操作。一般情况下，“更新”是一个不断重试的操作。

乐观锁是如何保证原子性的

这里的“通过原子的方式进行更新”，指的是在 CPU 硬件层面，确保“比较 V 和 A”以及“把 V 修改为 B”这两个步骤，是不可分割、不可中断的一个整体。

通俗地说：要么这两个动作一口气全做完，要么一点都不做，绝对不会出现做了一半被别人打断的情况。

1. 为什么需要“原子方式”？

假设没有原子性，分两步走：

1. 第一步（比较）：CPU 看了看内存 V 的值，发现它等于 A（比如是 0）。CPU 心想：“好，我要去把 0 改成 1。”

2. （中间发生切换！）：就在这一瞬间，线程 B 冲进来，把内存 V 的值从 0 改成了 99。

3. 第二步（更新）：CPU 回过神来，继续执行刚才的决定，强行把 V 改成了 1。

后果：线程 B 的修改（99）被无情地覆盖了，而且线程 A 根本不知道中间发生过变化。这就是经典的并发数据覆盖问题。

2. 硬件层面的“原子”是如何实现的？

在 Java 层面调用的 CAS（比如 Unsafe.compareAndSwapInt），最终会编译成一条具体的 CPU 汇编指令。

在 x86 架构（我们常用的 Intel/AMD CPU）上，这条指令通常是：

cmpxchg (Compare and Exchange)

但光有指令还不够，为了保证在多核 CPU 同时操作时不出乱子，这条指令前通常会加一个前缀：

lock

lock cmpxchg 指令的作用：

当 CPU 执行这条指令时，它会发信号给内存总线（Bus Lock）或者利用缓存一致性协议（MESI），对目标内存地址进行“封锁”。

• 霸道声明：“在我这一条指令执行完之前（包含读取、比较、写入全过程），其他所有的 CPU 核心都不允许修改这块内存！”

3. 总结

“原子方式更新”的意思就是：

这一套动作（看一眼是不是A，如果是就改成B），在 CPU 硬件的强力保护下，对于外界来说是瞬间完成的。

• 外界视角：要么看到 V 还是旧值，要么看到 V 已经是新值 B。

• 绝对不可能出现“正在比较还没改”这种中间状态被别人趁虚而入的情况。