MySQL的乐观锁、悲观锁机制及实现

雪球不会消失了2024-09-25 11:26

目录

乐观锁

概述

实现

乐观锁的重试机制

使用场景

悲观锁

概述

实现

使用场景

乐观锁

乐观锁的实现参考了这篇文章，里面还将了乐观锁的时间戳实现方式：

跳转

概述

乐观锁是一种并发控制策略，它假设多个事务不会发生冲突，在执行操作时不加锁，非常乐观，只需每次进行提交时利用标识进行对比，确认其他事务没修改过便可提交。

实现

使用数据版本（Version）记录机制实现，这是乐观锁最常用的一种实现方式。

  • 即为数据增加一个版本标识，一般是给数据库表增加一个数字类型的 "version" 字段来实现。当读取数据时，将version字段的值一同读出，数据每更新一次，对此version值加一 。当我们提交更新的时候 ，判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的version值进行比对 ，如果数据库表当前版本号与第一次取出来的version值相等，则予以更新，否则认为是过期数据。用下面的一张图来说明：

  • 如上图所示，如果更新操作顺序执行，则数据的版本（version）依次递增，不会产生冲突。但是如果发生有不同的业务操作对同一版本的数据进行修改，那么，先提交的操作（图中B）会把数据version更新为2，当A在B之后提交更新时发现数据的version已经被修改了，那么A的更新操作会失败

  • 假设我们有以下两张表（商品库存表和库存变动历史表），包含一个 version 字段用于乐观锁：

  • 对应实体类：
    *

    java 复制代码 
    package com.example.entity;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;


/**
 * 实体类：库存
 */
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Inventory {

    /**
     * 产品ID
     */
    private int productId;

    /**
     * 库存数量
     */
    private int stockQuantity;

    /**
     * 版本号
     */
    private int version;

}
    java 复制代码 
    package com.example.entity;

import com.example.entity.Inventory;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import java.sql.Timestamp;

/**
 * 实体类：库存变动历史
 */
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class StockChangeHistory {

    /**
     * 变动ID
     */
    private Integer changeId;

    /**
     * 产品ID
     */
    private Integer productId;

    /**
     * 变动时间
     */
    private Timestamp changeTime;

    /**
     * 变动前库存数量
     */
    private int previousStockQuantity;

    /**
     * 变动后库存数量
     */
    private int newStockQuantity;

    /**
     * 变动数量
     */
    private int changeAmount;

}

  • 使用 MyBatis 进行数据库操作的 Mapper 接口：
    *

    java 复制代码 
    @Mapper
public interface InventoryMapper {

    /**
     * 根据id更新商品，使用了乐观锁
     * @param inventory
     * @return
     */
    @Update("UPDATE inventory SET stock_quantity = #{stockQuantity}, version = version + 1 WHERE product_id = #{productId} AND version = #{version}")
    int updateWithVersion(Inventory inventory);

    /**
     * 根据id查询出商品，mapper文件脑补就行，也不重要
     * @param productId
     * @return
     */
    Inventory findById(int productId);
}
    java 复制代码 
    @Mapper
public interface StockChangeHistoryMapper {
    void insert(StockChangeHistory stockChangeHistory);
}

  • 在 Service 层中实现乐观锁的逻辑（Service接口自己脑补）：
    *

    java 复制代码 
    @Service
public class StockServiceImpl implements StockService {

    @Autowired
    private InventoryMapper inventoryMapper;

    @Autowired
    private StockChangeHistoryMapper stockChangeHistoryMapper;

    /**
     * 使用乐观锁来减库存
     * @param productId
     */
    @Override
    @Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ)
    public void decreaseStockQuantity(int productId) {
        //根据商品id查询出商品
        Inventory inventory = inventoryMapper.findById(productId);
        if (inventory != null && inventory.getStockQuantity() > 0) {
            //保存更新的库存
            int oldStockQuantity = inventory.getStockQuantity();
            //计算新的库存并设置：库存-1
            int newStockQuantity = inventory.getStockQuantity() - 1;
            inventory.setStockQuantity(newStockQuantity);
            //执行减库存操作
            int updatedRows = inventoryMapper.updateWithVersion(inventory);
            //updateWithVersion方法使用了带有版本号的更新语句，并返回受影响的行数。如果更新行数为0，则表示更新失败，即乐观锁冲突，此时可以抛出自定义的异常
            if (updatedRows == 0) {
                throw new OptimisticLockingException("Failed to update stock quantity due to optimistic locking conflict.");
            }
            //添加变动记录到 库存变动历史表 中
            saveStockChangeHistory(productId, oldStockQuantity, newStockQuantity, -1);
        }
    }



    private void saveStockChangeHistory(int productId, int previousStockQuantity, int newStockQuantity, int changeAmount) {
        //创建一个库存变动历史对象
        StockChangeHistory stockChangeHistory = new StockChangeHistory();
        //设置变动的商品id
        stockChangeHistory.setProductId(productId);
        //变动时间
        stockChangeHistory.setChangeTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));
        //设置变动前的库存
        stockChangeHistory.setPreviousStockQuantity(previousStockQuantity);
        //设置变动后的库存
        stockChangeHistory.setNewStockQuantity(newStockQuantity);
        //设置变动量
        stockChangeHistory.setChangeAmount(changeAmount);
        //插入到 库存变动历史表 中
        stockChangeHistoryMapper.insert(stockChangeHistory);
    }
}

  • 最后，在 Controller 层中暴露更新库存的接口：
    *

    java 复制代码 
    @RestController
@RequestMapping("/stock")
public class StockController {

    @Autowired
    private StockService stockService;

    /**
     * 使用乐观锁来减库存
     * @param productId
     * @return
     */
    @GetMapping("/decrease/{productId}")
    public ResponseEntity<String> decreaseStockQuantity(@PathVariable("productId") int productId) {
        stockService.decreaseStockQuantity(productId);
        return ResponseEntity.ok("Stock quantity decreased successfully.");
    }
}

  • 其实就是编写了这样一条sql语句：

    • 根据id和版本号更新数据库对应用户信息，同时版本号加1
      *

      sql 复制代码 
      -- 假设有一张用户表 users，包含 id、name 和 version 字段
-- 读取数据
SELECT id, name, version FROM users WHERE id = 1;

-- 更新数据时检查版本号
UPDATE users
SET name = 'new_name', version = version + 1
WHERE id = 1 AND version = current_version;

乐观锁的重试机制

通过乐观锁的重试机制，在保证数据一致性的前提下，可以解决由于版本冲突导致的放弃更新问题。

乐观锁冲突重试机制，重试3次：

参考这篇文章，也详细了：跳转

使用场景

乐观锁适合并发冲突少，读多写少的场景，不用通过加锁只需通过比较字段版本号(或时间戳)是否发生改变的形式，无锁操作，吞吐量较高。

悲观锁

概述

悲观锁认为每次操作都会发生冲突，非常悲观。它会在任何可能发生冲突的地方进行加锁，其他操作想修改都需要等它执行完后释放锁，再通过争抢到锁而进行操作。

实现

使用悲观锁来解决并发冲突的问题，可以在查询库存时使用SELECT ... FOR UPDATE语句来获取悲观锁。这样可以确保在事务中对查询结果加锁，避免其他事务对查询结果进行修改。

mapper层的代码：

java 复制代码 
@Mapper
public interface InventoryMapper {


    /**
     * 加悲观锁的根据id查询商品
     * @param productId
     * @return
     */
    @Select("SELECT * FROM inventory WHERE product_id = #{productId} FOR UPDATE")
    Inventory findByIdForUpdate(int productId);

}

在上面的代码中，findByIdForUpdate 方法使用了 SELECT ... FOR UPDATE 语句来查询库存，并获取悲观锁。

通过使用 FOR UPDATE 子句，查询结果会被锁定，直到事务结束。这样可以确保在事务中对查询结果加锁，避免其他事务对查询结果进行修改。

Service代码：

java 复制代码 
@Service
public class StockServiceImpl implements StockService {

    @Autowired
    private InventoryMapper inventoryMapper;

    @Autowired
    private StockChangeHistoryMapper stockChangeHistoryMapper;


    /**
     * 加悲观锁的根据id查询商品
     * @param
     */
    @Override
    @Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ)
    public Inventory getInventoryForUpdate(int productId) {
        Inventory inventory = inventoryMapper.findByIdForUpdate(productId);
        return inventory;
    }
}

Controller层：

java 复制代码 
package com.example.controller;

import com.example.entity.Inventory;
import com.example.service.StockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

@RestController
@RequestMapping("/stock")
public class StockController {

    @Autowired
    private StockService stockService;

    /**
     * 加悲观锁的根据id查询商品
     * @param productId
     * @return
     */
    @GetMapping("/inventory/{productId}")
    public ResponseEntity<Inventory> getInventory(@PathVariable int productId) {
        Inventory inventory = stockService.getInventoryForUpdate(productId);
        return ResponseEntity.ok(inventory);
    }
}

总结：悲观锁的sql语句：

java 复制代码 
-- 读取数据并加锁
SELECT id, name FROM users WHERE id = 1 FOR UPDATE;

-- 执行更新操作
UPDATE users SET name = 'new_name' WHERE id = 1;

使用场景

悲观锁适合并发冲突多，写多读少的场景。通过每次加锁的形式来确保数据的安全性，吞吐量较低.

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