Java面試必備之資料庫樂觀鎖和悲觀鎖分析！

資料庫 Java · 發表 2019-04-28 13:34:04

摘要：在寫入資料庫的時候需要有鎖，比如同時寫入資料庫的時候會出現丟資料，那麼就需要鎖機制。資料鎖分為樂觀鎖和悲觀鎖它們使用的場景如下：樂觀鎖適用於寫少讀多的情景，因為這種樂觀鎖相當於JAVA的CAS，所以多條資料同時過來的時候，不用等待，可以立即進行返回。 ...

在寫入資料庫的時候需要有鎖，比如同時寫入資料庫的時候會出現丟資料，那麼就需要鎖機制。

資料鎖分為樂觀鎖和悲觀鎖

它們使用的場景如下：

樂觀鎖適用於寫少讀多的情景，因為這種樂觀鎖相當於JAVA的CAS，所以多條資料同時過來的時候，不用等待，可以立即進行返回。

悲觀鎖適用於寫多讀少的情景，這種情況也相當於JAVA的synchronized，reentrantLock等，大量資料過來的時候，只有一條資料可以被寫入，其他的資料需要等待。執行完成後下一條資料可以繼續。

他們實現的方式上有所不同。

樂觀鎖採用版本號的方式，即當前版本號如果對應上了就可以寫入資料，如果判斷當前版本號不一致，那麼就不會更新成功，

比如

update table set column = value
where version=${version} and otherKey = ${otherKey}

悲觀鎖實現的機制一般是在執行更新語句的時候採用for update方式，

比如

update table set column='value' for update

這種情況where條件呢一定要涉及到資料庫對應的索引欄位，這樣才會是行級鎖，否則會是表鎖，這樣執行速度會變慢。

下面我就弄一個spring boot（springboot 2.1.1 + mysql + lombok + aop + jpa）工程，然後逐漸的實現樂觀鎖和悲觀鎖。

假設有一個場景，有一個catalog商品目錄表，然後還有一個browse瀏覽表，假如一個商品被瀏覽了，那麼就需要記錄下瀏覽的user是誰，並且記錄訪問的總數。

表的結構非常簡單：

create table catalog ( 
id int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵', 
name varchar(50) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '商品名稱', 
browse_count int(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '瀏覽數', 
version int(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '樂觀鎖，版本號', 
PRIMARY KEY(id) 
) ENGINE=INNODB DEFAULT CHARSET=utf8; 
CREATE table browse ( 
id int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵', 
cata_id int(11) NOT NULL COMMENT '商品ID', 
user varchar(50) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '', 
create_time timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '建立時間',PRIMARY KEY(id) 
) ENGINE=INNODB DEFAULT CHARSET=utf8;

POM.XML的依賴如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> 
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> 
<modelVersion>4.0.0</modelVersion> 
<parent> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId> 
<version>2.1.1.RELEASE</version> 
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository --> 
</parent> 
<groupId>com.hqs</groupId> 
<artifactId>dblock</artifactId> 
<version>1.0-SNAPSHOT</version> 
<name>dblock</name> 
<description>Demo project for Spring Boot</description> 
<properties> 
<java.version>1.8</java.version> 
</properties> 
<dependencies> 
<dependency> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> 
</dependency> 
<dependency> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-devtools</artifactId> 
<scope>runtime</scope> 
</dependency> 
<dependency> 
<groupId>mysql</groupId> 
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId> 
<scope>runtime</scope> 
</dependency> 
<dependency> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId> 
<scope>test</scope> 
</dependency> 
<dependency> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId> 
</dependency> 
<dependency> 
<groupId>mysql</groupId> 
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId> 
</dependency> 
<dependency> 
<groupId>org.projectlombok</groupId> 
<artifactId>lombok</artifactId> 
<optional>true</optional> 
</dependency> 
<!-- aop --> 
<dependency> 
<groupId>org.aspectj</groupId> 
<artifactId>aspectjweaver</artifactId> 
<version>1.8.4</version> 
</dependency> 
</dependencies> 
<build> 
<plugins> 
<plugin> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId> 
</plugin> 
</plugins> 
</build> 
</project>

專案的結構如下：

介紹一下專案的結構的內容：

entity包：實體類包。
repository包：資料庫repository
service包：提供服務的service
controller包: 控制器寫入用於編寫requestMapping。相關請求的入口類
annotation包：自定義註解，用於重試。
aspect包：用於對自定義註解進行切面。
DblockApplication：springboot的啟動類。
DblockApplicationTests：測試類。
咱們看一下核心程式碼的實現，參考如下，使用dataJpa非常方便，集成了CrudRepository就可以實現簡單的CRUD，非常方便，有興趣的同學可以自行研究。

實現樂觀鎖的方式有兩種：

更新的時候將version欄位傳過來，然後更新的時候就可以進行version判斷，如果version可以匹配上，那麼就可以更新（方法：updateCatalogWithVersion）。
在實體類上的version欄位上加入version，可以不用自己寫SQL語句就可以它就可以自行的按照version匹配和更新，是不是很簡單。

public interface CatalogRepository extends CrudRepository<Catalog, Long> { 
 @Query(value = "select * from Catalog a where a.id = :id for update", nativeQuery = true) 
 Optional<Catalog> findCatalogsForUpdate(@Param("id") Long id); 
 
 @Lock(value = LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE) //代表行級鎖 
 @Query("select a from Catalog a where a.id = :id") 
 Optional<Catalog> findCatalogWithPessimisticLock(@Param("id") Long id); 
 @Modifying(clearAutomatically = true) //修改時需要帶上 
 @Query(value = "update Catalog set browse_count = :browseCount, version = version + 1 where id = :id " + 
 "and version = :version", nativeQuery = true) 
 int updateCatalogWithVersion(@Param("id") Long id, @Param("browseCount") Long browseCount, @Param("version") Long version); 
}

實現悲觀鎖的時候也有兩種方式：

自行寫原生SQL，然後寫上for update語句。（方法：findCatalogsForUpdate）
使用@Lock註解，並且設定值為LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE即可代表行級鎖。

還有我寫的測試類，方便大家進行測試：

package com.hqs.dblock;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.boot.test.web.client.TestRestTemplate;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;
import org.springframework.util.LinkedMultiValueMap;
import org.springframework.util.MultiValueMap;
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = DblockApplication.class, webEnvironment = SpringBootTest.WebEnvironment.RANDOM_PORT)
public class DblockApplicationTests {
@Autowired
private TestRestTemplate testRestTemplate;
@Test
public void browseCatalogTest() {
String url = "http://localhost:8888/catalog";
for(int i = 0; i < 100; i++) {
final int num = i;
new Thread(() -> {
MultiValueMap<String, String> params = new LinkedMultiValueMap<>();
params.add("catalogId", "1");
params.add("user", "user" + num);
String result = testRestTemplate.postForObject(url, params, String.class);
System.out.println("-------------" + result);
}
).start();
}
}
@Test
public void browseCatalogTestRetry() {
String url = "http://localhost:8888/catalogRetry";
for(int i = 0; i < 100; i++) {
final int num = i;
new Thread(() -> {
MultiValueMap<String, String> params = new LinkedMultiValueMap<>();
params.add("catalogId", "1");
params.add("user", "user" + num);
String result = testRestTemplate.postForObject(url, params, String.class);
System.out.println("-------------" + result);
}
).start();
}
}
}

呼叫100次，即一個商品可以瀏覽一百次，採用悲觀鎖，catalog表的資料都是100，並且browse表也是100條記錄。採用樂觀鎖的時候，因為版本號的匹配關係，那麼會有一些記錄丟失，但是這兩個表的資料是可以對應上的。

樂觀鎖失敗後會丟擲ObjectOptimisticLockingFailureException，那麼我們就針對這塊考慮一下重試，下面我就自定義了一個註解，用於做切面。

package com.hqs.dblock.annotation;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RetryOnFailure {
}
針對註解進行切面，見如下程式碼。我設定了最大重試次數5，然後超過5次後就不再重試。

package com.hqs.dblock.aspect;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
import org.hibernate.StaleObjectStateException;
import org.springframework.orm.ObjectOptimisticLockingFailureException;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Slf4j
@Aspect
@Component
public class RetryAspect {
public static final int MAX_RETRY_TIMES = 5;//max retry times
@Pointcut("@annotation(com.hqs.dblock.annotation.RetryOnFailure)") //self-defined pointcount for RetryOnFailure
public void retryOnFailure(){}
@Around("retryOnFailure()") //around can be execute before and after the point
public Object doConcurrentOperation(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
int attempts = 0;
do {
attempts++;
try {
pjp.proceed();
} catch (Exception e) {
if(e instanceof ObjectOptimisticLockingFailureException ||
e instanceof StaleObjectStateException) {
log.info("retrying....times:{}", attempts);
if(attempts > MAX_RETRY_TIMES) {
log.info("retry excceed the max times..");
throw e;
}
}
}
} while (attempts < MAX_RETRY_TIMES);
return null;
}
}