這是一篇介紹悲觀鎖和樂(lè)觀鎖的入門(mén)文章。旨在讓那些不了解悲觀鎖和樂(lè)觀鎖的小白們弄清楚什么是悲觀鎖，什么是樂(lè)觀鎖。不同于其他文章，本文會(huì)配上相應(yīng)的圖解讓大家更容易理解。通過(guò)該文，你會(huì)學(xué)習(xí)到如下的知識(shí)。

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1.鎖(Lock)

在介紹悲觀鎖和樂(lè)觀鎖之前，讓我們看一下什么是鎖。

鎖，在我們生活中隨處可見(jiàn)，我們的門(mén)上有鎖，我們存錢(qián)的保險(xiǎn)柜上有鎖，是用來(lái)保護(hù)我們財(cái)產(chǎn)安全的。

程序中也有鎖，當(dāng)多個(gè)線程修改共享變量時(shí)，我們可以給修改操作上鎖(syncronized)。

當(dāng)多個(gè)用戶修改表中同一數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以給該行數(shù)據(jù)上鎖(行鎖)。因此，鎖其實(shí)是在并發(fā)下控制多個(gè)操作的順序執(zhí)行，以此來(lái)保證數(shù)據(jù)安全的變動(dòng)。

并且，鎖是一種保證數(shù)據(jù)安全的機(jī)制和手段，而并不是特定于某項(xiàng)技術(shù)的。悲觀鎖和樂(lè)觀鎖亦是如此。本篇介紹的悲觀鎖和樂(lè)觀鎖是基于數(shù)據(jù)庫(kù)層面的。

2.悲觀鎖

悲觀鎖(Pessimistic Concurrency Control)，***眼看到它，相信每個(gè)人都會(huì)想到這是一個(gè)悲觀的鎖。沒(méi)錯(cuò)，它就是一個(gè)悲觀的鎖。

那這個(gè)悲觀體現(xiàn)在什么地方呢?悲觀是我們?nèi)祟?lèi)一種消極的情緒，對(duì)應(yīng)到鎖的悲觀情緒，悲觀鎖認(rèn)為被它保護(hù)的數(shù)據(jù)是極其不安全的，每時(shí)每刻都有可能變動(dòng)，一個(gè)事務(wù)拿到悲觀鎖后(可以理解為一個(gè)用戶)，其他任何事務(wù)都不能對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，只能等待鎖被釋放才可以執(zhí)行。

數(shù)據(jù)庫(kù)中的行鎖，表鎖，讀鎖，寫(xiě)鎖，以及syncronized實(shí)現(xiàn)的鎖均為悲觀鎖。

這里再介紹一下什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的表鎖和行鎖，以免有的同學(xué)對(duì)后面悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)看不明白。

我們經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫(kù)是mysql，mysql中最常用的引擎是Innodb，Innodb默認(rèn)使用的是行鎖。而行鎖是基于索引的，因此要想加上行鎖，在加鎖時(shí)必須***索引，否則將使用表鎖。

3.樂(lè)觀鎖

與悲觀相對(duì)應(yīng)，樂(lè)觀是我們?nèi)祟?lèi)一種積極的情緒。樂(lè)觀鎖(Optimistic Concurrency Control)的“樂(lè)觀情緒”體現(xiàn)在，它認(rèn)為數(shù)據(jù)的變動(dòng)不會(huì)太頻繁。因此，它允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變動(dòng)。

但是，樂(lè)觀不代表不負(fù)責(zé)，那么怎么去負(fù)責(zé)多個(gè)事務(wù)順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行修改呢?

樂(lè)觀鎖通常是通過(guò)在表中增加一個(gè)版本(version)或時(shí)間戳(timestamp)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，版本最為常用。

事務(wù)在從數(shù)據(jù)庫(kù)中取數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將該數(shù)據(jù)的版本也取出來(lái)(v1)，當(dāng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)變動(dòng)完畢想要將其更新到表中時(shí)，會(huì)將之前取出的版本v1與數(shù)據(jù)中***的版本v2相對(duì)比，如果v1=v2，那么說(shuō)明在數(shù)據(jù)變動(dòng)期間，沒(méi)有其他事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，此時(shí)，就允許事務(wù)對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，并且修改時(shí)version會(huì)加1，以此來(lái)表明數(shù)據(jù)已被變動(dòng)。

如果，v1不等于v2，那么說(shuō)明數(shù)據(jù)變動(dòng)期間，數(shù)據(jù)被其他事務(wù)改動(dòng)了，此時(shí)不允許數(shù)據(jù)更新到表中，一般的處理辦法是通知用戶讓其重新操作。不同于悲觀鎖，樂(lè)觀鎖是人為控制的。

4.如何實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)上面的學(xué)習(xí)，我們知道悲觀鎖和樂(lè)觀鎖是用來(lái)控制并發(fā)下數(shù)據(jù)的順序變動(dòng)問(wèn)題的。那么我們就模擬一個(gè)需要加鎖的場(chǎng)景，來(lái)看不加鎖會(huì)出什么問(wèn)題，并且怎么利用悲觀鎖和樂(lè)觀鎖去解決。

場(chǎng)景：A和B用戶最近都想吃豬肉脯，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。下面是這個(gè)店鋪的商品表goods結(jié)構(gòu)和表中的數(shù)據(jù)。

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; 

下面是悲觀鎖的加鎖圖解

我們通過(guò)開(kāi)啟mysql的兩個(gè)會(huì)話，也就是兩個(gè)命令行來(lái)演示。

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)

這里之所以要以begin開(kāi)始，是因?yàn)閙ysql是自提交的，所以要以begin開(kāi)啟事務(wù)，否則所有修改將被mysql自動(dòng)提交。

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)

我們可以看到此時(shí)事務(wù)B再一直等待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)，這有興趣的可以去嘗試一下。

3、接著我們讓事務(wù)A執(zhí)行命令去修改數(shù)據(jù)，讓豬肉脯的數(shù)量減一，然后查看修改后的數(shù)據(jù)，***commit,結(jié)束事務(wù)。

我們可以看到，此時(shí)***一個(gè)豬肉脯被A買(mǎi)走，只剩0個(gè)了。

4、當(dāng)事務(wù)A執(zhí)行完第3步后，我們看事務(wù)B中出現(xiàn)了什么

我們看到由于事務(wù)A釋放了鎖，事務(wù)B就結(jié)束了等待，拿到了鎖，但是數(shù)據(jù)此時(shí)變成了0，那么B看到后就知道被買(mǎi)走了，就會(huì)放棄購(gòu)買(mǎi)。

通過(guò)悲觀鎖，我們解決了豬肉脯購(gòu)買(mǎi)的問(wèn)題。

樂(lè)觀鎖解決

下面，我們利用樂(lè)觀鎖來(lái)解決該問(wèn)題。上面樂(lè)觀鎖的介紹中，我們提到了，樂(lè)觀鎖是通過(guò)版本號(hào)version來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以，我們需要給goods表加上version字段，表變動(dòng)后的結(jié)構(gòu)如下：

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)生沖突的概率并不大，多個(gè)事務(wù)在修改數(shù)據(jù)的之前先查出版本號(hào)，在修改時(shí)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同時(shí)將豬肉脯(id=1下面都說(shuō)是id=1)的數(shù)據(jù)查出來(lái)，然后A先買(mǎi)，A將id=1和version=0作為條件進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，即將數(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)。***B開(kāi)始買(mǎi)，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)就說(shuō)明已經(jīng)有人改動(dòng)過(guò)數(shù)據(jù)，此時(shí)就應(yīng)該提示用戶重新查看***數(shù)據(jù)購(gòu)買(mǎi)。

下面是樂(lè)觀鎖的加鎖圖解

我們還是通過(guò)開(kāi)啟mysql的兩個(gè)會(huì)話，也就是兩個(gè)命令行來(lái)演示。

1、事務(wù)A執(zhí)行查詢命令，事務(wù)B執(zhí)行查詢命令，因?yàn)閮烧卟樵兊慕Y(jié)果相同，所以下面我只列出一個(gè)截圖。

此時(shí)A和B均獲取到相同的數(shù)據(jù)

2、事務(wù)A進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)更新數(shù)據(jù)，然后再查詢更新后的數(shù)據(jù)。

我們可以看到事務(wù)A成功更新了數(shù)據(jù)和版本號(hào)。

事務(wù)B再進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)更新數(shù)據(jù)，然后我們看影響行數(shù)和更新后的數(shù)據(jù)

可以看到最終修改行數(shù)為0，數(shù)據(jù)沒(méi)有改變。此時(shí)就需要我們告知用戶重新處理。

5.優(yōu)缺點(diǎn)

下面我們介紹下樂(lè)觀鎖和悲觀鎖的優(yōu)缺點(diǎn)以便我們分析他們的應(yīng)用場(chǎng)景，這里我只分析最重要的優(yōu)缺點(diǎn)，也是我們要記住的。

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)加鎖之后，其他事務(wù)將不能對(duì)加鎖的數(shù)據(jù)進(jìn)行除了查詢以外的所有操作，如果該事務(wù)執(zhí)行時(shí)間很長(zhǎng)，那么其他事務(wù)將一直等待，那勢(shì)必影響我們系統(tǒng)的吞吐量。

樂(lè)觀鎖

• 優(yōu)點(diǎn)：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，在更新時(shí)才進(jìn)行校驗(yàn)，這樣就避免了悲觀鎖造成的吞吐量下降的劣勢(shì)。
• 缺點(diǎn)：樂(lè)觀鎖因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)我們?nèi)藶閷?shí)現(xiàn)的，它僅僅適用于我們自己業(yè)務(wù)中，如果有外來(lái)事務(wù)插入，那么就可能發(fā)生錯(cuò)誤。

6.應(yīng)用場(chǎng)景

悲觀鎖：因?yàn)楸^鎖會(huì)影響系統(tǒng)吞吐的性能，所以適合應(yīng)用在寫(xiě)為居多的場(chǎng)景下。

樂(lè)觀鎖：因?yàn)闃?lè)觀鎖就是為了避免悲觀鎖的弊端出現(xiàn)的，所以適合應(yīng)用在讀為居多的場(chǎng)景下。

參考資料

https://chenzhou123520.iteye.com/blog/1860954

https://baike.baidu.com/item/樂(lè)觀鎖/7146502

【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號(hào)Hollis(ID：hollischuang)】

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