問題引入
當(dāng)程序中可能出現(xiàn)并發(fā)的情況時(shí)，我們就需要通過一定的手段來保證在并發(fā)情況下數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性吨掌，通過這種手段保證了當(dāng)前用戶和其他用戶一起操作時(shí)，所得到的結(jié)果和他單獨(dú)操作時(shí)的結(jié)果是一樣的。這種手段就叫做并發(fā)控制揪阿。并發(fā)控制的目的是保證一個(gè)用戶的工作不會對另一個(gè)用戶的工作產(chǎn)生不合理的影響雁仲。沒有做好并發(fā)控制仔夺，就可能導(dǎo)致臟讀、幻讀和不可重復(fù)讀等問題攒砖。
臟讀：事務(wù)A讀到了事務(wù)B未提交的數(shù)據(jù)缸兔。
不可重復(fù)讀：事務(wù)A第一次查詢得到一行記錄row1，事務(wù)B提交修改后吹艇，事務(wù)A第二次查詢得到row1惰蜜，但列內(nèi)容發(fā)生了變化。
幻讀：事務(wù)A第一次查詢得到一行記錄row1受神，事務(wù)B提交修改后抛猖，事務(wù)A第二次查詢得到兩行記錄row1和row2。
我們常說的并發(fā)控制，一般都和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）有關(guān)财著。在DBMS中的并發(fā)控制的任務(wù)联四，是確保在多個(gè)事務(wù)同時(shí)存取數(shù)據(jù)庫中同一數(shù)據(jù)時(shí)，不破壞事務(wù)的隔離性和統(tǒng)一性以及數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一性撑教。
實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的手段
實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的主要手段大致可以分為樂觀并發(fā)控制和悲觀并發(fā)控制兩種朝墩。
在開始介紹之前要明確一下：無論是悲觀鎖還是樂觀鎖，都是人們定義出來的概念伟姐，可以認(rèn)為是一種思想收苏。其實(shí)不僅僅是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中有樂觀鎖和悲觀鎖的概念，像hibernate愤兵、tair鹿霸、memcache等都有類似的概念。所以恐似，不應(yīng)該拿樂觀鎖杜跷、悲觀鎖和其他的數(shù)據(jù)庫鎖等進(jìn)行對比。
悲觀鎖（Pessimistic Lock）
當(dāng)我們要對一個(gè)數(shù)據(jù)庫中的一條數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的時(shí)候矫夷，為了避免同時(shí)被其他人修改葛闷，最好的辦法就是直接對該數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖以防止并發(fā)。這種借助數(shù)據(jù)庫鎖機(jī)制双藕，在修改數(shù)據(jù)之前先鎖定淑趾，再修改的方式被稱之為悲觀并發(fā)控制（又名“悲觀鎖”，Pessimistic Concurrency Control忧陪，縮寫“PCC”）扣泊。
悲觀鎖(Pessimistic Lock)
顧名思義，就是很悲觀嘶摊，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會修改延蟹，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會上鎖，這樣別人想拿這個(gè)數(shù)據(jù)就會block直到它拿到鎖叶堆。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制阱飘，比如行鎖，表鎖等虱颗，讀鎖沥匈，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖忘渔。它指的是對數(shù)據(jù)被外界（包括本系統(tǒng)當(dāng)前的其他事務(wù)高帖，以及來自外部系統(tǒng)的事務(wù)處理）修改持保守態(tài)度，因此畦粮，在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程中散址，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)乖阵。悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)，往往依靠數(shù)據(jù)庫提供的鎖機(jī)制（也只有數(shù)據(jù)庫層提供的鎖機(jī)制才能真正保證數(shù)據(jù)訪問的排他性爪飘，否則义起，即使在本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了加鎖機(jī)制，也無法保證外部系統(tǒng)不會修改數(shù)據(jù)）师崎。
悲觀鎖主要是共享鎖或排他鎖
- 共享鎖又稱為讀鎖，簡稱S鎖椅棺。顧名思義犁罩，共享鎖就是多個(gè)事務(wù)對于同一數(shù)據(jù)可以共享一把鎖，都能訪問到數(shù)據(jù)两疚，但是只能讀不能修改床估。
- 排他鎖又稱為寫鎖，簡稱X鎖诱渤。顧名思義丐巫，排他鎖就是不能與其他鎖并存，如果一個(gè)事務(wù)獲取了一個(gè)數(shù)據(jù)行的排他鎖勺美，其他事務(wù)就不能再獲取該行的其他鎖递胧，包括共享鎖和排他鎖，但是獲取排他鎖的事務(wù)是可以對數(shù)據(jù)行讀取和修改赡茸。
悲觀并發(fā)控制實(shí)際上是“先取鎖再訪問”的保守策略缎脾，為數(shù)據(jù)處理的安全提供了保證。但是在效率方面占卧，處理加鎖的機(jī)制會讓數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生額外的開銷遗菠，還有增加產(chǎn)生死鎖的機(jī)會。另外還會降低并行性华蜒，一個(gè)事務(wù)如果鎖定了某行數(shù)據(jù)辙纬，其他事務(wù)就必須等待該事務(wù)處理完才可以處理那行數(shù)據(jù)。
樂觀鎖（ Optimistic Locking ）
樂觀鎖是相對悲觀鎖而言的叭喜，樂觀鎖假設(shè)數(shù)據(jù)一般情況下不會造成沖突贺拣，所以在數(shù)據(jù)進(jìn)行提交更新的時(shí)候，才會正式對數(shù)據(jù)的沖突與否進(jìn)行檢測域滥，如果發(fā)現(xiàn)沖突了纵柿，則返回給用戶錯(cuò)誤的信息，讓用戶決定如何去做启绰。
顧名思義昂儒，就是很樂觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會修改委可，所以不會上鎖渊跋，但是在更新的時(shí)候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)腊嗡，可以使用版本號等機(jī)制。樂觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類型拾酝，這樣可以提高吞吐量燕少，像數(shù)據(jù)庫如果提供類似于write_condition機(jī)制的其實(shí)都是提供的樂觀鎖。
兩種鎖各有優(yōu)缺點(diǎn)蒿囤，不可認(rèn)為一種好于另一種客们，像樂觀鎖適用于寫比較少的情況下，即沖突真的很少發(fā)生的時(shí)候材诽，這樣可以省去了鎖的開銷底挫，加大了系統(tǒng)的整個(gè)吞吐量。但如果經(jīng)常產(chǎn)生沖突脸侥，上層應(yīng)用會不斷的進(jìn)行retry建邓，這樣反倒是降低了性能，所以這種情況下用悲觀鎖就比較合適睁枕。
實(shí)現(xiàn)方式
悲觀鎖實(shí)現(xiàn)方式
悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)官边，往往依靠數(shù)據(jù)庫提供的鎖機(jī)制。在數(shù)據(jù)庫中外遇，悲觀鎖的流程如下：
- 在對記錄進(jìn)行修改前注簿，先嘗試為該記錄加上排他鎖（exclusive locking）。
- 如果加鎖失敗臀规，說明該記錄正在被修改滩援，那么當(dāng)前查詢可能要等待或者拋出異常。具體響應(yīng)方式由開發(fā)者根據(jù)實(shí)際需要決定塔嬉。
- 如果成功加鎖玩徊，那么就可以對記錄做修改，事務(wù)完成后就會解鎖了谨究。
- 期間如果有其他對該記錄做修改或加排他鎖的操作恩袱，都會等待我們解鎖或直接拋出異常。
- 拿比較常用的MySql Innodb引擎舉例胶哲，來說明一下在SQL中如何使用悲觀鎖畔塔。
要使用悲觀鎖，我們必須關(guān)閉MySQL數(shù)據(jù)庫的自動提交屬性鸯屿。因?yàn)镸ySQL默認(rèn)使用autocommit模式澈吨，也就是說，當(dāng)我們執(zhí)行一個(gè)更新操作后寄摆，MySQL會立刻將結(jié)果進(jìn)行提交谅辣。（sql語句：set autocommit=0）
以淘寶下單過程中扣減庫存的需求說明一下悲觀鎖的使用：
// 1. 開啟事務(wù)
begin ;
// 2. 查詢商品的庫存信息
select quantity from items where id = 1 for update;
// 3. 修改商品的庫存
update items set quantity = 2 where id =1
// 4. 提交事務(wù)
commit;
以上，在對id = 1的記錄修改前婶恼，先通過for update的方式進(jìn)行加鎖桑阶，然后再進(jìn)行修改柏副。這就是比較典型的悲觀鎖策略。
如果以上修改庫存的代碼發(fā)生并發(fā)蚣录，同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以開啟事務(wù)并獲得id=1的鎖割择，其它的事務(wù)必須等本次事務(wù)提交之后才能執(zhí)行。這樣我們可以保證當(dāng)前的數(shù)據(jù)不會被其它事務(wù)修改萎河。
上面我們提到荔泳，使用select…for update會把數(shù)據(jù)給鎖住，不過我們需要注意一些鎖的級別公壤，MySQL InnoDB默認(rèn)行級鎖换可。行級鎖都是基于索引的，如果一條SQL語句用不到索引是不會使用行級鎖的厦幅，會使用表級鎖把整張表鎖住，這點(diǎn)需要注意慨飘。
樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)方式
使用樂觀鎖就不需要借助數(shù)據(jù)庫的鎖機(jī)制了确憨。
樂觀鎖的概念中其實(shí)已經(jīng)闡述了它的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。主要就是兩個(gè)步驟：沖突檢測和數(shù)據(jù)更新瓤的。其實(shí)現(xiàn)方式有一種比較典型的就是CAS(Compare and Swap)休弃。
CAS是樂觀鎖技術(shù)，當(dāng)多個(gè)線程嘗試使用CAS同時(shí)更新同一個(gè)變量時(shí)圈膏，只有其中一個(gè)線程能更新變量的值塔猾，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會被掛起稽坤，而是被告知這次競爭中失敗丈甸，并可以再次嘗試。
比如前面的扣減庫存問題尿褪，通過樂觀鎖可以實(shí)現(xiàn)如下：
// 1. 查詢商品的庫存信息,quantity=3
select quantity from items where id = 1;
// 2. 修改商品的庫存為2
update items set quantity = 2 where id =1 and quantity = 3
commit;
以上睦擂，我們在更新之前，先查詢一下庫存表中當(dāng)前庫存數(shù)（quantity）杖玲，然后在做update的時(shí)候顿仇，以庫存數(shù)作為一個(gè)修改條件。當(dāng)我們提交更新的時(shí)候摆马，判斷數(shù)據(jù)庫表對應(yīng)記錄的當(dāng)前庫存數(shù)與第一次取出來的庫存數(shù)進(jìn)行比對臼闻，如果數(shù)據(jù)庫表當(dāng)前庫存數(shù)與第一次取出來的庫存數(shù)相等，則予以更新囤采，否則認(rèn)為是過期數(shù)據(jù)述呐。
比如說一個(gè)線程one從數(shù)據(jù)庫中取出庫存數(shù)3，這時(shí)候另一個(gè)線程two也從數(shù)據(jù)庫中取出庫存數(shù)3斑唬，并且two進(jìn)行了一些操作變成了2市埋，然后two又將庫存數(shù)變成3黎泣，這時(shí)候線程one進(jìn)行CAS操作發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中仍然是3，然后one操作成功缤谎。盡管線程one的CAS操作成功抒倚，但是不代表這個(gè)過程就是沒有問題的。
有一個(gè)比較好的辦法可以解決ABA問題坷澡，那就是通過一個(gè)單獨(dú)的可以順序遞增的version字段托呕。改為以下方式即可：
樂觀鎖每次在執(zhí)行數(shù)據(jù)的修改操作時(shí)，都會帶上一個(gè)版本號频敛，一旦版本號和數(shù)據(jù)的版本號一致就可以執(zhí)行修改操作并對版本號執(zhí)行+1操作项郊，否則就執(zhí)行失敗。因?yàn)槊看尾僮鞯陌姹咎柖紩S之增加斟赚，所以不會出現(xiàn)ABA問題着降，因?yàn)榘姹咎栔粫黾硬粫p少。
除了version以外拗军，還可以使用時(shí)間戳任洞，因?yàn)闀r(shí)間戳天然具有順序遞增性。
以上SQL其實(shí)還是有一定的問題的发侵，就是一旦遇上高并發(fā)的時(shí)候交掏，就只有一個(gè)線程可以修改成功，那么就會存在大量的失敗刃鳄。
對于像淘寶這樣的電商網(wǎng)站盅弛，高并發(fā)是常有的事，總讓用戶感知到失敗顯然是不合理的叔锐。所以挪鹏，還是要想辦法減少樂觀鎖的粒度的。
// 修改商品庫存
update item
set quantity = quantity-1
where id = 1 and quantity -1 >0
以上SQL語句中掌腰，如果用戶下單數(shù)為1狰住，則通過quantity - 1 > 0的方式進(jìn)行樂觀鎖控制。
以上update語句齿梁，在執(zhí)行過程中催植，會在一次原子操作中自己查詢一遍quantity的值，并將其扣減掉1勺择。
高并發(fā)環(huán)境下鎖粒度把控是一門重要的學(xué)問创南，選擇一個(gè)好的鎖，在保證數(shù)據(jù)安全的情況下省核，可以大大提升吞吐率稿辙，進(jìn)而提升性能。
如何選擇
在樂觀鎖與悲觀鎖的選擇上面气忠，主要看下兩者的區(qū)別以及適用場景就可以了邻储。
樂觀鎖并未真正加鎖赋咽，效率高。一旦鎖的粒度掌握不好吨娜，更新失敗的概率就會比較高脓匿，容易發(fā)生業(yè)務(wù)失敗。
悲觀鎖依賴數(shù)據(jù)庫鎖宦赠，效率低陪毡。更新失敗的概率比較低。
隨著互聯(lián)網(wǎng)三高架構(gòu)（高并發(fā)勾扭、高性能毡琉、高可用）的提出，悲觀鎖已經(jīng)越來越少的被使用到生產(chǎn)環(huán)境中了妙色，尤其是并發(fā)量比較大的業(yè)務(wù)場景桅滋。
