一、悲观锁
1.定义
悲观锁(Pessimistic Lock)是一种假设冲突会频繁发生的锁机制。每次数据访问时,都会先加锁,直到操作完成后才释放锁,这样可以确保在锁持有期间,其他线程无法访问这段数据,从而避免了并发冲突。
悲观锁的实现通常有以下两种方式:
- 数据库:在数据库中,悲观锁通常通过SQL语句实现,例如SELECT ... FOR UPDATE。
- 编程语言:在编程语言中,悲观锁可以使用互斥锁(Mutex)或同步块(Synchronized Block)来实现。
2.应用场景
适用于对数据并发冲突非常敏感的场景,例如银行转账操作、库存扣减等需要严格数据一致性的操作。
3.优缺点
- 优点:可以完全避免并发冲突,保证数据的一致性和完整性。
- 缺点:由于每次访问数据都需要加锁和解锁,会导致性能开销较大,特别是在并发量高的情况下,容易造成锁竞争和死锁问题。
4.示例
下面我们用 Java + MySQL 展示了一个悲观锁的具体实现。
假设有一个银行账户表(Account),包含账户 ID和余额两个字段,我们希望在更新账户余额时使用悲观锁,以确保数据的一致性。
整个运行流程分为以下4个步骤:
- 获取账户信息并锁定记录(SELECT ... FOR UPDATE)。
- 计算新的余额。
- 更新账户信息。
- 由于使用了@Transactional注解,整个方法执行在一个事务中,确保在事务提交之前,锁定的记录不会被其他事务修改。
(1) 数据库表结构
CREATE TABLE Account (
id INT PRIMARY KEY,
balance DECIMAL(10, 2) NOT NULL
);
(2) Java实现示例
Account类:
public class Account {
private int id;
private BigDecimal balance;
// Getters and Setters
}
AccountMapper接口:
public interface AccountMapper {
Account getAccountByIdForUpdate(int id);
void updateAccount(Account account);
}
AccountMapper的SQL实现:
UPDATE Account
SET balance = #{balance}
WHERE id = #{id}
AccountService类:
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
public class AccountService {
private AccountMapper accountMapper;
public AccountService(AccountMapper accountMapper) {
this.accountMapper = accountMapper;
}
@Transactional
public void updateAccountBalance(int accountId, BigDecimal amount) {
// 获取账户信息并锁定记录
Account account = accountMapper.getAccountByIdForUpdate(accountId);
if (account == null) {
throw new RuntimeException("Account not found");
}
// 更新余额
account.setBalance(account.getBalance().add(amount));
// 更新账户信息
accountMapper.updateAccount(account);
}
}
示例说明:
- Account类:包含账户ID和余额的Java类。
- AccountMapper接口:定义了获取账户信息(带锁定)和更新账户信息的方法。
- AccountMapper的SQL实现:使用MyBatis或其他ORM框架,定义了SQL查询和更新语句。注意在查询语句中使用FOR UPDATE来锁定记录。
- AccountService类:业务逻辑类,在更新账户余额时,先获取当前账户信息并锁定记录,然后更新余额并提交更新。
这种机制确保了在操作完成之前,其他线程无法修改锁定的记录,从而实现了悲观锁的并发控制。
(3) 注意事项
- 事务管理:使用悲观锁时,需要确保在事务提交之前锁不会被释放,因此必须在事务中使用。
- 死锁风险:悲观锁可能会导致死锁,需要特别注意死锁检测和处理。
- 性能影响:由于每次操作都需要加锁和解锁,性能可能会受到影响,特别是在高并发情况下。
通过了解悲观锁的具体实现,可以在需要严格数据一致性的场景中有效地避免并发冲突。
二、乐观锁
1.定义
乐观锁(Optimistic Lock)是一种假设冲突不会频繁发生的锁机制。每次数据访问时,不会加锁,而是在更新数据时检查是否有其他线程修改过数据。如果检测到冲突(数据被其他线程修改过),则重试操作或报错。
乐观锁通常实现方式有以下两种:
- 版本号机制:每次读取数据时,读取一个版本号,更新数据时,检查版本号是否变化,如果没有变化,则更新成功,否则重试。
- 时间戳机制:类似版本号机制,通过时间戳来检测数据是否被修改。
2.应用场景
适用于读多写少的场景,例如用户评论系统、社交媒体点赞等,这些场景下并发冲突概率较低。
3.优缺点
- 优点:避免了频繁的锁操作,性能较好,适合读多写少的场景。
- 缺点:在高并发写操作的场景下,重试可能会频繁发生,导致性能下降。
4.示例
乐观锁的实现通常涉及到版本号(或时间戳)机制,以便在更新数据时检测是否发生了并发修改。我们还是用上面的示例,展示了如何在 Java中使用乐观锁进行并发控制。
假设有一个银行账户表(Account),包含账户ID、余额和版本号三个字段,现在希望在更新账户余额时使用乐观锁,以确保数据的一致性。
整个运行流程总结为下面 3个步骤:
- 获取账户信息,包括当前的版本号。
- 计算新的余额,并增加版本号。
- 尝试更新账户信息,如果版本号匹配则更新成功,否则更新失败并抛出异常。
(1) 数据库表结构
CREATE TABLE Account (
id INT PRIMARY KEY,
balance DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
version INT NOT NULL
);
(2) Java实现示例
Account类:
public class Account {
private int id;
private BigDecimal balance;
private int version;
// Getters and Setters
}
AccountMapper接口:
public interface AccountMapper {
Account getAccountById(int id);
int updateAccount(Account account);
}
AccountMapper的SQL实现:
UPDATE Account
SET balance = #{balance}, version = #{version}
WHERE id = #{id} AND version = #{oldVersion}
AccountService类:
public class AccountService {
private AccountMapper accountMapper;
public AccountService(AccountMapper accountMapper) {
this.accountMapper = accountMapper;
}
public void updateAccountBalance(int accountId, BigDecimal amount) {
// 获取账户信息
Account account = accountMapper.getAccountById(accountId);
if (account == null) {
throw new RuntimeException("Account not found");
}
// 记录当前版本号
int currentVersion = account.getVersion();
// 更新余额
account.setBalance(account.getBalance().add(amount));
// 更新版本号
account.setVersion(currentVersion + 1);
// 尝试更新账户信息
int updatedRows = accountMapper.updateAccount(account);
if (updatedRows == 0) {
// 更新失败,可能是由于并发修改导致的版本号不匹配
throw new OptimisticLockException("Update failed due to concurrent modification");
}
}
}
示例说明:
- Account类:包含账户ID、余额和版本号的Java类。
- AccountMapper接口:定义了获取账户信息和更新账户信息的方法。
- AccountMapper的SQL实现:使用MyBatis或其他ORM框架,定义了SQL查询和更新语句。注意在更新语句中使用了旧版本号来检测并发修改。
- AccountService类:业务逻辑类,在更新账户余额时,先获取当前账户信息及其版本号,然后尝试更新余额和版本号。如果更新失败,抛出一个OptimisticLockException。
三、区别总结
假设前提:
- 悲观锁假设冲突会频繁发生,需要加锁保护。
- 乐观锁假设冲突不会频繁发生,通过版本号或时间戳来检测冲突。
性能:
- 悲观锁性能较低,因为每次操作都需要加锁和解锁。
- 乐观锁性能较高,但在高并发写操作下可能会频繁重试,影响性能。
应用场景:
- 悲观锁适用于并发冲突高、数据一致性要求严格的场景。
- 乐观锁适用于并发冲突低、读多写少的场景。
四、总结
本文我们详细分析了悲观锁和乐观锁的原理、区别、实现方式和应用场景,实际工作中,可以根据具体需求选择合适的并发控制机制,以保证系统的性能和数据一致性。