⭐ 题目日期：

美团 - 2024/12/23

📝 题解：

在高并发环境下，CAS（比较并交换）操作和乐观锁机制能够有效保证并发安全，以下是详细的解释：

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1. CAS 操作的原子性保证

• CAS 原理：
  CAS 是一种原子操作，包含三个操作数——内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。只有当 V 的值等于 A 时，才会将 V 的值更新为 B。整个过程由硬件（如 CPU 指令）保证原子性，确保同一时刻只有一个线程能成功更新。

• 高并发场景：
  即使多个线程同时读取到相同的旧值（A），并尝试执行 CAS：

  • 仅一个线程成功：硬件级别的原子性保证只有一个线程的 CAS 操作会成功。
  • 其他线程失败：剩余线程的 CAS 操作会失败，需通过重试或业务逻辑处理冲突。

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2. 乐观锁的并发安全机制

• 乐观锁实现：
  乐观锁通过**版本号（Version）或时间戳（Timestamp）**实现，每次更新数据时检查版本号是否匹配。例如：

  UPDATE table SET value = new_value, version = version + 1 
  WHERE id = 1 AND version = current_version;

  • 原子性校验：数据库或代码逻辑确保版本号的检查和更新是原子的。

• 高并发冲突处理：

  • 场景：两个线程同时读取到相同版本号（current_version），并尝试提交更新。
  • 结果：
    • 第一个线程的更新操作成功，版本号递增。
    • 第二个线程的更新操作失败（WHERE version = current_version 不再成立），需通过重试机制重新读取数据并再次提交。

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3. 为何不会出现多个线程同时更新成功？

• CAS 的硬件原子性：
  硬件（如 CPU 的 cmpxchg 指令）确保同一内存位置的 CAS 操作是原子的，物理上不可能同时成功。

• 数据库事务的隔离性：
  在数据库场景中，乐观锁的更新语句（如 UPDATE ... WHERE version = ?）在事务隔离级别（如 REPEATABLE READ）下，会通过行锁或 MVCC 机制保证原子性。

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4. 示例：高并发下的 CAS 流程

假设线程 T1 和 T2 同时尝试更新同一变量：

1. 初始状态：

   • 内存值 V = 100，版本号 Version = 1。

2. 操作时序：

   • T1 和 T2 同时读取到 V = 100，Version = 1。
   • T1 先执行 CAS：检查 Version 是否为 1 → 是，更新 V = 200，Version = 2。
   • T2 后执行 CAS：检查 Version 是否为 1 → 否（此时 Version 已变为 2），更新失败。

3. 结果：

   • 仅 T1 成功，T2 需重试或放弃。

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5. 乐观锁的适用性与限制

• 适用场景：

  • 读多写少（冲突概率低）。
  • 允许重试（如自旋、退避重试或业务补偿）。

• 潜在问题：

  • ABA 问题：若变量从 A → B → A，CAS 无法感知中间变化。
    解决方案：使用递增版本号代替直接值比较。
  • 活锁风险：高频冲突时重试可能导致线程饥饿。
    解决方案：限制重试次数或引入随机退避。

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6. 代码示例：CAS 与乐观锁实现

Java 中的 CAS（AtomicInteger）：

AtomicInteger value = new AtomicInteger(100);

// 线程 T1
int expected = value.get();
if (value.compareAndSet(expected, 200)) {
    System.out.println("T1 更新成功");
}

// 线程 T2
int expected = value.get();
if (value.compareAndSet(expected, 300)) {
    System.out.println("T2 更新成功"); // 必然失败（因 T1 已更新）
}

数据库乐观锁（伪代码）：

-- 初始查询
SELECT value, version FROM table WHERE id = 1;

-- 更新逻辑（需在事务中）
BEGIN;
UPDATE table SET value = new_value, version = version + 1 
WHERE id = 1 AND version = current_version;
COMMIT;

-- 若受影响行数为 0，表示冲突，需重试。

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7. 总结

关键点	说明
CAS 的原子性	硬件保证同一时刻仅一个线程成功，其他线程失败。
乐观锁的安全性	通过版本号原子校验 + 失败重试机制，确保最终一致性。
高并发场景下的行为	线程冲突时，失败方需重试或降级处理，但数据不会损坏。
注意事项	处理 ABA 问题、限制重试次数以避免活锁。

结论：
在高并发场景下，CAS 和乐观锁能够保证并发安全，不会出现多个线程同时更新成功的情况。其核心在于原子性操作和冲突检测机制，失败线程通过重试逻辑最终完成更新。