漫谈悲观锁乐观锁
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概念
悲觀鎖(Pessimistic?Lock)
總是假設(shè)最壞的情況,每次拿數(shù)據(jù)的時(shí)候,都認(rèn)為別人也會(huì)修改,所以每次都會(huì)加鎖。當(dāng)要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的一條數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的時(shí)候,為了避免同時(shí)被其他人修改,最好的辦法就是直接對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖以防止并發(fā)。這種借助數(shù)據(jù)庫(kù)鎖機(jī)制,在修改數(shù)據(jù)之前先鎖定,再修改的方式被稱(chēng)之為悲觀并發(fā)控制【Pessimistic?Concurrency?Control,縮寫(xiě)“PCC”,又名“悲觀鎖”】。
悲觀鎖,正如其名,具有強(qiáng)烈的獨(dú)占和排他特性。它指的是對(duì)數(shù)據(jù)被外界(包括本系統(tǒng)當(dāng)前的其他事務(wù),以及來(lái)自外部系統(tǒng)的事務(wù)處理)修改持保守態(tài)度。因此,在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)。悲觀鎖的實(shí)現(xiàn),往往依靠數(shù)據(jù)庫(kù)提供的鎖機(jī)制(也只有數(shù)據(jù)庫(kù)層提供的鎖機(jī)制才能真正保證數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的排他性,否則,即使在本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了加鎖機(jī)制,也無(wú)法保證外部系統(tǒng)不會(huì)修改數(shù)據(jù))。
樂(lè)觀鎖(Optimistic?Locking)
樂(lè)觀鎖是相對(duì)悲觀鎖而言的,總是假設(shè)最好的情況,每次拿數(shù)據(jù)的時(shí)候,都認(rèn)為別人不會(huì)修改。但是在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候,會(huì)判斷再次期間有沒(méi)有人去修改這個(gè)數(shù)據(jù),如果發(fā)現(xiàn)被修改了即產(chǎn)生了沖突,則返回給用戶(hù)錯(cuò)誤的信息,讓用戶(hù)決定如何去做。樂(lè)觀鎖適用于讀操作多的場(chǎng)景,這樣可以提高程序的吞吐量。
基本原理
實(shí)現(xiàn)方式
悲觀鎖
悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)是依賴(lài)于數(shù)據(jù)庫(kù)提供的鎖機(jī)制,流程如下:
修改記錄前,對(duì)記錄加上排他鎖(exclusive?locking)
如果加鎖失敗,說(shuō)明這條數(shù)據(jù)正在被修改,那么當(dāng)前查詢(xún)要等待或者拋出異常,這由開(kāi)發(fā)者決定
如果加鎖成功,可以對(duì)這條數(shù)據(jù)修改了,事務(wù)完成解鎖
加鎖修改期間,其他事務(wù)也想對(duì)這條記錄進(jìn)行操作時(shí),都要等待或者直接拋出異常
注意:在使用?mysql?Innodb?引擎實(shí)現(xiàn)悲觀鎖時(shí),必須關(guān)閉?mysql?的自動(dòng)提交屬性,因?yàn)?MySQL?默認(rèn)使用?autocommit?模式,也就是說(shuō),當(dāng)你執(zhí)行一個(gè)更新操作后,MySQL?會(huì)立刻將結(jié)果進(jìn)行提交。執(zhí)行:set?autocommit?=?0;
樂(lè)觀鎖
通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式:
1、版本號(hào)方式,由用戶(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)
2、CAS(Compare?And?Set)
下面以一個(gè)例子來(lái)理解悲觀鎖和樂(lè)觀鎖的機(jī)制
A和B用戶(hù)最近都想吃豬肉脯,于是他們打開(kāi)了購(gòu)物網(wǎng)站,并且找到了同一家賣(mài)豬肉脯的店鋪。
該店鋪的商品表goods和表數(shù)據(jù)如下:
| id | name | num |
| 1 | 豬肉脯 | 1 |
| 2 | 牛肉干 | 1 |
從表中可以看到豬肉脯目前的數(shù)量只有1個(gè)了。在不加鎖的情況下,如果A,B同時(shí)下單,就有可能導(dǎo)致超賣(mài)。
悲觀鎖解決:
利用悲觀鎖的解決思路是,我們認(rèn)為數(shù)據(jù)修改產(chǎn)生沖突的概率比較大,所以在更新之前,我們顯示的對(duì)要修改的記錄進(jìn)行加鎖,直到自己修改完再釋放鎖。加鎖期間只有自己可以進(jìn)行讀寫(xiě),其他事務(wù)只能讀不能寫(xiě)。
A下單前先給豬肉脯這行數(shù)據(jù)(id=1)加上悲觀鎖(行鎖)。此時(shí)這行數(shù)據(jù)只能A來(lái)操作,也就是只有A能買(mǎi)。B想買(mǎi)就必須一直等待。
當(dāng)A買(mǎi)好后,B再想去買(mǎi)的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)量已經(jīng)為0,那么B看到后就會(huì)放棄購(gòu)買(mǎi)。
那么如何給豬肉脯也就是id=1這條數(shù)據(jù)加上悲觀鎖鎖呢?我們可以通過(guò)以下語(yǔ)句給id=1的這行數(shù)據(jù)加上悲觀鎖
select?num?from?goods?where?id?=?1?for?update;
通過(guò)開(kāi)啟mysql的兩個(gè)會(huì)話(huà)來(lái)分析整個(gè)悲觀鎖的執(zhí)行過(guò)程
1、事務(wù)A執(zhí)行命令給id?=?1的數(shù)據(jù)上悲觀鎖準(zhǔn)備更新數(shù)據(jù)
//0.開(kāi)始事務(wù)begin; //1.查詢(xún)出商品庫(kù)存信息select num from goods where id = 1 for update;//2.修改商品庫(kù)存為2update?goods?set?num?=?0?where?id?=?1;//3.提交事務(wù)commit;2、事務(wù)B也去給id?=?1的數(shù)據(jù)上悲觀鎖準(zhǔn)備更新數(shù)據(jù)
//0.開(kāi)始事務(wù)begin; //1.查詢(xún)出商品庫(kù)存信息select num from goods where id = 1 for update;事務(wù)B將會(huì)阻塞,一直在等待A釋放鎖,如果A長(zhǎng)期不釋放鎖,那么最終事務(wù)B將會(huì)報(bào)錯(cuò)(超時(shí))
3、當(dāng)事務(wù)A執(zhí)行完成后,事務(wù)B拿到了鎖,此時(shí)獲取到的商品數(shù)為0,那么B看到后,就知道沒(méi)有庫(kù)存了。
樂(lè)觀鎖解決:
版本號(hào)方式
| id | name | num | version | |
| 1 | 豬肉脯 | 1 | 0 | |
| 2 | 牛肉干 | 1 | 0 |
使用樂(lè)觀鎖的解決思路是,我們認(rèn)為數(shù)據(jù)修改產(chǎn)生的沖突的概率不大,多個(gè)事務(wù)在修改數(shù)據(jù)之前,先查出版本號(hào),在修改的時(shí)候,把當(dāng)前版本號(hào)作為修改條件,只會(huì)有一個(gè)事務(wù)可以修改成功,其他事務(wù)則會(huì)失敗
A和B同事將id?=?1的豬肉鋪的數(shù)據(jù)查出來(lái),然后A先買(mǎi),A將id?=?1的version=?1作為條件進(jìn)行數(shù)據(jù)更新,即數(shù)量-1,并且將版本號(hào)+1
此時(shí)版本號(hào)變?yōu)?,A此時(shí)就完成了商品的購(gòu)買(mǎi)。最后B開(kāi)始賣(mài),B也將id?=?1和version?=?0作為條件,進(jìn)行數(shù)據(jù)更新,但是更新完后發(fā)現(xiàn)更新的數(shù)據(jù)行數(shù)為0,此時(shí)說(shuō)明已經(jīng)有人改動(dòng)過(guò)數(shù)據(jù),此時(shí)就應(yīng)該提示用戶(hù)重新查看最新數(shù)據(jù)購(gòu)買(mǎi)。
1、A事務(wù)和B事務(wù)同時(shí)查找id?=?1?的數(shù)量和版本號(hào)
select?num,?version?from?goods?where?id?= 1;//此時(shí)得到的值分別為1 和 02、事務(wù)A進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)
update?goods?set?num?=?num?-?1,?version?=?version?+?1?where?id?=?1;select?num,?version?from?goods?where?id?=?1;//此時(shí)得到的值為0和13、事務(wù)B進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)
update?goods?set?num?=?num?-?1,?version?=?version?+?1?where?id?=?1?and?version?=?1;//購(gòu)買(mǎi)失敗CAS方式
CAS是一種樂(lè)觀鎖實(shí)現(xiàn)方式,顧名思義就是先比較后更新。在對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新前,先持有對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)原有值的備份。比如,要將a=2更新為a=3,在進(jìn)行更新前會(huì)比較此刻a是否為2.如果是2,才會(huì)進(jìn)行更新操作。當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程嘗試使用CAS同時(shí)更新一個(gè)變量時(shí),只有一個(gè)線(xiàn)程能夠成功,其余都是失敗。失敗的線(xiàn)程不會(huì)被掛起,而是被告知這次競(jìng)爭(zhēng)失敗,并且可以再次嘗試。
其代碼實(shí)現(xiàn)如下:
int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval) { ATOMIC(); int old_reg_val = *reg; if (old_reg_val == oldval) *reg = newval; END_ATOMIC(); return old_reg_val;}因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)方式與version方式類(lèi)似,此處不再贅述
使用場(chǎng)景
切不可說(shuō)某種鎖優(yōu)于另外一種鎖,每種鎖都有其適合的場(chǎng)景,一般來(lái)說(shuō),樂(lè)觀鎖適用于讀比較多,寫(xiě)比較少的場(chǎng)景,這樣,省去了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo),加大了系統(tǒng)吞吐量;而悲觀鎖適用于寫(xiě)比較多的場(chǎng)景,如果在多寫(xiě)的場(chǎng)景下用樂(lè)觀鎖,這就使得應(yīng)用層有大量的retry操作。
優(yōu)缺點(diǎn):
悲觀鎖
優(yōu)點(diǎn):悲觀鎖利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的鎖機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的順序執(zhí)行,這是最有效的辦法
缺點(diǎn):一個(gè)事務(wù)用悲觀鎖對(duì)數(shù)據(jù)加鎖后,其他事務(wù)將不能對(duì)加鎖的數(shù)據(jù)進(jìn)行除了查詢(xún)以外的所有操作,如果該事務(wù)執(zhí)行的時(shí)間很長(zhǎng),那么其他事務(wù)將一直等待,那是比影響我們系統(tǒng)的吞吐量。
樂(lè)觀鎖
樂(lè)觀鎖不在數(shù)據(jù)庫(kù)上加鎖,任何事務(wù)都可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,這樣就避免了使用悲觀鎖造成的吞吐量下降。
缺點(diǎn):
1、樂(lè)觀鎖是通過(guò)人為實(shí)現(xiàn)的,僅僅適用于我們自己業(yè)務(wù)中,如果有外部事務(wù)插入,勢(shì)必引起異常
2、循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)開(kāi)銷(xiāo)大
自選CAS如果長(zhǎng)時(shí)間不成功,會(huì)給CPU帶來(lái)非常大的執(zhí)行開(kāi)銷(xiāo)
3、只能保證一個(gè)共享變量的原子操作。
總結(jié)
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