Synchronized关键字和乐观锁(CAS)

一、Sychronized关键字        

        在Java中，synchronized 是一个关键字，用于实现线程同步。当一个方法或一个代码块被synchronized修饰时，它被称为同步方法或同步代码块。这意味着每次只有一个线程可以进入该方法或代码块，其他线程必须等待，直到当前线程执行完毕并释放锁。

        synchronized关键字的作用是防止多个线程同时执行同步方法或代码块，从而避免竞态条件（race condition）和数据不一致性问题。它确保了多个线程之间的协调和同步，使得共享资源可以被安全地访问和修改。

1.1Synchronized使用

三种方式：

修饰实例方法，为当前实例加锁，进入同步方法前要获得当前实例的锁。
修饰静态方法，为当前类对象加锁，进入同步方法前要获得当前类对象的锁。
修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码块前要获得给定对象的锁。

1.2锁策略的synchronized原理

        以上关于synchronized的讲解是属于在代码层次上的原理，关于锁还有一部分很重要的就是锁的策略，尤其对于synchronized来说，她有以下的一些特性：

1. 开始时是乐观锁, 如果锁冲突频繁, 就转换为悲观锁.
2. 开始是轻量级锁实现, 如果锁被持有的时间较长, 就转换成重量级锁. 
3. 实现轻量级锁的时候大概率用到的自旋锁策略
4. 是一种不公平锁
5. 是一种可重入锁
6. 不是读写锁

二、什么是CAS（Compare-And-Swap）

CAS是一种原子操作，用于在多线程环境下实现无锁并发。它包含三个操作数：

1. 内存位置：需要更新的变量的内存地址。
2. 预期值：当前线程认为该变量应该具有的值。
3. 新值：需要写入的新值。

        CAS操作会检查内存位置的当前值是否等于预期值，如果相等，则将新值写入该内存位置；如果不相等，则说明该内存位置的值已经被其他线程修改过，CAS操作失败。

代码示例

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class OptimisticLockExample {private AtomicInteger value = new AtomicInteger(0);public void increment() {int oldValue;int newValue;do {// 获取当前值oldValue = value.get();// 计算新值newValue = oldValue + 1;// 尝试用CAS将旧值替换为新值} while (!value.compareAndSet(oldValue, newValue));}
}

优点

• 高效：在大多数情况下，不需要加锁，因此避免了锁竞争和上下文切换的开销。
• 无锁并发：通过CAS操作实现无锁并发，提高了系统的吞吐量。

缺点

• ABA问题：CAS操作可能会遇到ABA问题，即一个值从A变成B，然后又变回A，CAS操作无法检测到这种变化。可以通过版本号或时间戳来解决这个问题。
• 自旋等待：在高并发环境下，如果很多线程同时竞争同一个变量，可能会导致大量的自旋等待，影响性能。

总结

       CAS（Compare-And-Swap）是一种用于实现无锁并发的原子操作，通过比较和交换的方式确保数据的一致性。它在乐观锁中得到了广泛应用，特别是在Java的java.util.concurrent.atomic包中，如AtomicInteger、AtomicLong等类。虽然CAS机制有其优点，但也存在一些潜在的问题，如ABA问题和自旋等待，需要根据具体情况进行权衡和处理。