什么是樂觀鎖，什么是悲觀鎖，如何實現

 

 一、並發控制 

當程序中可能出現並發的情況時，就需要通過一定的手段來保證在並發情況下數據的准確性，通過這種手段保證了當前用戶和其他用戶一起操作時，所得到的結果和他單獨操作時的結果是一樣的。這種手段就叫做並發控制。並發控制的目的是保證一個用戶的工作不會對另一個用戶的工作產生不合理的影響。

沒有做好並發控制，就可能導致臟讀、幻讀和不可重復讀等問題

 

 

常說的並發控制，一般都和數據庫管理系統（DBMS）有關。在DBMS中的並發控制的任務，是確保在多個事務同時存取數據庫中同一數據時，不破壞事務的隔離性和統一性以及數據庫的統一性

實現並發控制的主要手段大致可以分為樂觀並發控制和悲觀並發控制兩種。

首先要明確：無論是悲觀鎖還是樂觀鎖，都是人們定義出來的概念，可以認為是一種思想。其實不僅僅是關系型數據庫系統中有樂觀鎖和悲觀鎖的概念，像hibernate、tair、memcache等都有類似的概念。所以，不應該拿樂觀鎖、悲觀鎖和其他的數據庫鎖等進行對比。

二、悲觀鎖

當要對數據庫中的一條數據進行修改的時候，為了避免同時被其他人修改，最好的辦法就是直接對該數據進行加鎖以防止並發，這種借助數據庫鎖機制，在修改數據之前先鎖定，再修改的方式被稱之為悲觀並發控制【又名"悲觀鎖"，Pessimistic Concurrency Control，縮寫"PCC"】

 

百度百科：
悲觀鎖，正如其名，具有強烈的獨占和排他特性。它指的是對數據被外界（包括本系統當前的其他事務，以及來自外部系統的事務處理）修改持保守態度。因此，在整個數據處理過程中，將數據處於鎖定狀態。悲觀鎖的實現，往往依靠數據庫提供的鎖機制（也只有數據庫層提供的鎖機制才能真正保證數據訪問的排他性，否則，即使在本系統中實現了加鎖機制，也無法保證外部系統不會修改數據）。

之所以叫做悲觀鎖，是因為這是一種對數據的修改抱有悲觀態度的並發控制方式。我們一般認為數據被並發修改的概率比較大，所以需要在修改之前先加鎖。

• 共享鎖【Shared lock】又稱為讀鎖，共享鎖就是多個事務對於同一數據可以共享一把鎖，都能訪問到數據，但是只能讀不能修改

• 排他鎖【Exclusive lock】又稱為寫鎖，排它鎖就是不能與其他鎖共存，獲取到排它鎖的事務可以對數據進行讀取和修改。如果一個事務獲取了一個數據行的排它鎖，其他事務就不能再獲取該行的其他鎖（包括共享鎖和排它鎖）。

 

悲觀並發控制實際上是"先取鎖再訪問"的保守策略。為數據處理的安全提供了保證

 

 但是在效率方面，處理加鎖的機制會讓數據庫產生額外的開銷，還有增加死鎖的機會。另外還會降低並行性，一個事務如果鎖定了某行數據，其他事務就必須等待該事務處理完才可以處理那行數據。

 

三、樂觀鎖

樂觀鎖是相對悲觀鎖而言的，樂觀鎖假設數據一般情況下不會造成沖突，所以在數據進行提交更新的時候，才會正式對數據的沖突與否進行檢測，如果發現沖突了，則返回給用戶錯誤的信息，讓用戶決定如何去做。

百度百科：
樂觀鎖機制采取了更加寬松的加鎖機制。樂觀鎖是相對悲觀鎖而言，也是為了避免數據庫幻讀、業務處理時間過長等原因引起數據處理錯誤的一種機制，但樂觀鎖不會刻意使用數據庫本身的鎖機制，而是依據數據本身來保證數據的正確性。

相對於悲觀鎖，在對數據庫進行處理的時候，樂觀鎖並不會使用數據庫提供的鎖機制，一般實現樂觀鎖的方式就是記錄數據版本。

 

 樂觀並發控制相信事務之間的數據競爭(data race)的概率是比較小的，因此盡可能直接做下去，知道提交的時候才去鎖定，所以不會產生任何鎖和死鎖。

 

四、實現方式

悲觀鎖實現方式

悲觀鎖的實現，往往依靠數據庫提供的鎖機制。在數據庫中，悲觀鎖的流程如下

1.在對記錄進行修改之前，先嘗試為該記錄加上排它鎖(exclusive locking)

2.如果加鎖失敗，說明該記錄正在被修改，那么當前查詢可能要等待或者拋出異常。具體響應方式由開發者根據實際需要決定。

3.如果成功加鎖，那么就可以對記錄做修改，事務完成后就會解鎖了

4.期間如果有其他對該記錄做修改或加排它鎖的操作，都會等待解鎖或直接拋出異常

 

拿比較常用的MySql Innodb引擎舉例，來說明一下在SQL中如何使用悲觀鎖。

 

要使用悲觀鎖，必須關閉MySQL數據庫的自動提交屬性，因為MySQL默認使用autocommit模式，也就是說，當執行一個更新操作后，MySQL會立刻將結果進行提交。(sql語句： set autocomment=0)

 

以下單過程中扣減庫存的需求說明一下悲觀鎖的使用：

 

以上，在對id = 1的記錄修改前，先通過for update的方式進行加鎖，然后再進行修改。這是比較典型的悲觀鎖策略

如果以上修改庫存的代碼發生並發，同一時間只有一個線程可以開啟事務並獲得id=1的鎖，其它的事務必須等本次事務提交之后才能執行。這樣可以保證當前的數據不會被其它事務修改。

上面提到，使用select... for update會把數據給鎖住，不過需要注意一些鎖的級別，MySQL InnoDB默認行級鎖。行級鎖都是基於索引的，如果一條SQL語句用不到索引是不會使用行級鎖的，會使用表級鎖把整張表鎖住，這點需要注意

 

樂觀鎖的實現方式

使用樂觀鎖就不需要借助數據庫的鎖機制了。

樂觀鎖的概念中其實已經闡述了它的具體實現細節。主要就是兩個步驟：沖突檢測和數據更新

其實現方式有一種比較典型的就是CAS(Compare and Swap)。

CAS是項樂觀鎖技術，當多個線程嘗試使用CAS同時同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其他線程都失敗，失敗的線程並不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，並可以再次嘗試

 

比如前面的扣減庫存問題，通過樂觀鎖可以實現如下

 

以上，在更新之前，先查詢一下庫存表當中庫存數(quantity)，然后在做update的時候，以庫存數作為一個修改條件。當提交更新的時候，判斷數據庫表對應記錄的當前庫存數與第一次出來的庫存數進行比對，如果數據庫表當前庫存數與第一次取出來的庫存數相等，則予以更新，否則認為是過期數據。

 

以上更新語句存在一個比較重要的問題，即傳說中的ABA問題。

比如說一個線程1從數據庫中取出庫存數3，這時候另一個線程2也從數據庫中取出庫存數3，並且線程2進行了一些操作使庫存數變成了2，然后線程2又將庫存變為3，這時候線程1進行CAS操作發現數據庫中仍然是3，然后線程1操作成功，盡管線程1的CAS操作成功，但是不代表這個過程就是沒有問題的

 

 有一個比較好的辦法可以解決ABA問題，那就是通過一個單獨的可以順序遞增的version字段。改為以下方式即可：

 

樂觀鎖每次在執行數據的修改操作時，都會帶上一個版本號，一旦版本號和數據的版本號一致就可以執行修改操作並對版本號執行+1操作，否則就執行失敗，因為每次操作的版本號隨之增加，所以不會出現ABA問題，因為版本號只會增加不會減少。

除了version以外，還可以使用時間戳，因為時間戳天然具有順序遞增性

以上SQL其實還是有一定的問題的，就是一旦遇上高並發的時候，就只有一個線程可以修改成功，那么就會存在大量的失敗，對於像淘寶這樣的電商網站，高並發是常有的事， 總讓用戶感知到失敗顯然是不合理的。所以，還是要像辦法減少樂觀鎖的粒度的。有一條比較好的建議，可以減小樂觀鎖力度，最大程度的提升吞吐率，提高並發能力！如下：

 

以上SQL語句中，如果用戶下單數為1，則通過quantity - 1 > 0的方式進行樂觀鎖控制。

以上update語句，在執行過程中，會在一次原子操作中自己查詢一遍quantity的值，並將其扣減掉1。

 

 高並發環境下鎖粒度把控是一門重要的學問，選擇一個好的鎖，在保證數據安全的情況下，可以大大提升吞吐率，進而提升性能。

 

五、如何選擇

在樂觀鎖與悲觀鎖的選擇上面，主要看下兩者的區別以及適用場景就可以了。

1. 樂觀鎖並未真正加鎖，效率高。一旦鎖的粒度掌握不好，更新失敗的概率就會比較高，容易發生業務失敗。
2. 悲觀鎖依賴數據庫鎖，效率低。更新失敗的概率比較低。

隨着互聯網三高架構（高並發、高性能、高可用）的提出，悲觀鎖已經越來越少的被應用到生產環境中了，尤其是並發量比較大的業務場景。

 

參考地址

https://www.jianshu.com/p/d2ac26ca6525