[锁]：乐观锁、悲观锁与死锁-Toy模板网

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摘要

摘要：乐观锁；悲观锁；实现方法；本地锁；分布式锁；死锁；行级锁；表级锁

1 锁的相关概念

1.1 为什么需要锁？

问题：

① 在多个线程访问共享资源时，会发生线程安全问题，例如：在根据订单号生成订单时，若用户第一次由于某种原因（网络连接不稳定）请求失败，则会再次发生请求，此时便会产生同一订单号生成多个订单，这显然是有问题的。

解决：

① 针对上述问题，我们有一个解决思想，给用户第一次的请求加锁，只有当前第一次请求拥有锁，请求线程在拥有锁时，方可执行，其他线程必须在拥有锁的线程执行完毕后，方可执行。

1.2 本地锁

问题：

① 目前的系统架构，大体分为两类：一类是单体架构，另一类是分布式架构（在分布式架构中为保障系统的高可用，我们又会搭集群），

② 针对上述两类架构的特点，锁又分成两种不同的类别：一类是针对单体架构的锁，称之为本地锁，另一类是针对分布式架构的锁，称之为分布式锁。

③ 针对本地锁，又有两类：一类是在高并发场景下，编程语言实现对自己多线程控制的本地锁，诸如：Java语言中synchronized、Lock本地锁（同时也是悲观锁），另一类是在数据库中实现的锁思想，诸如：乐观锁、悲观锁、共享锁、排它锁、记录锁、间隙锁、表锁等本地锁，其都可以称之为本地锁，保证业务数据的准确性。

解决：

① 本地锁：针对单体架构项目高并发特点，有两类解决方案：一类是语言自己实现的，例如Java语言的synchronized、Lock锁，另一类是在数据库中实现的锁思想，例如乐观锁与悲观锁，本文也着重于此两点说明。

② 分布式锁：由于编程语言自己实现的锁，无法满足在分布式架构中多链路调用情况，因而出现分布式锁的思想他的解决主要有：Redisson、zookeeper、数据库（数据库性能低，使用场景少），详情请参阅另一篇文章：[分布式锁]：Redis与Redisson

2 乐观锁与悲观

通俗理解：乐观锁，对一件事持乐观态度，认为大概率不会发生；悲观锁，对一件事持悲观态度，认为大概率会发生。

2.1 乐观锁

2.1.1 乐观锁的概念

概念：认为大概率不会发生线程安全问题。

2.1.2 乐观锁的解决思想

解决思想：通过在数据上添加标识（如版本号或时间戳）来进行并发控制，实现线程安全的共享数据访问。

2.1.2.1 数据版本号机制思想

① 首先，给数据库添加一个字段version（int）的标记字段，
② 随后，当多个线程同时访问数据库时，都会获得version的值，
③ 然后，在提交更新时若刚才读取到的version为当前数据库中中version值时才更新，伴随着更新过后version的值也会发生变化，
④ 最后，当其他线程需要提交更新时，获取到的version值和当前数据库version值不一样，提交更新失败，从而实现对线程安全的控制。

2.1.2.1.1 数据版本号机制实现——基于mybatis

引入业务场景：假设数据库中账户有一version字段（值为1），且当前账户余额balance字段（值为100）

① 操作员A此时将其读出（此时version=1），并从账户余额中扣除50（100-50），

② 操作员A操作的同时，操作员B也读出此账户信息（此时version=1），并从账户余额扣除20（100-20），

③ 操作员A先完成了修改工作，并且，将数据版本号（version=1）和账户扣除后余额（balance=50），提交至数据库更新，此时由于提交数据版本=当前数据库记录版本，数据被成功更新，数据版本更新为2（version=2），

④ 操作员B完成操作后，也将读出到的数据版本（version=1）和账户扣除后余额（balance=80），提交至数据库请求更新，此时数据库数据版本已经被更新（version=2），不满足数据版本号相同时，才能更新数据的策略，因此操作员B请求被驳回。从而保证数据的的准确。

2.1.2.1.1.1 实体类中添加响应字段，并设定当前字段用于记录数据的版本信息

@Configuration
public class MpConfig {
    @Bean
    public MybatisPlusInterceptor mpInterceptor() {
        //1.定义Mp拦截器
        MybatisPlusInterceptor mpInterceptor = new MybatisPlusInterceptor();

        //2.添加乐观锁拦截器
        mpInterceptor.addInnerInterceptor(new OptimisticLockerInnerInterceptor());
        
        return mpInterceptor;
    }
}

2.1.2.1.1.2 使用乐观锁前必须先获取对应数据版本号

注意：由于在使用乐观锁时需要跟数据库频繁进行交互，因而在高并发场景下，建议使用分布式锁和悲观锁（是的，乐观锁也可以作为分布式锁来使用）。

@Test
public void testUpdate() {
    /*User user = new User();
    user.setId(3L);
    user.setName("Jock666");
    user.setVersion(1);
    userDao.updateById(user);*/
    
    //1.先通过要修改的数据id将当前数据查询出来
    //User user = userDao.selectById(3L);
    //2.将要修改的属性逐一设置进去
    //user.setName("Jock888");
    //userDao.updateById(user);
    
    //1.先通过要修改的数据id将当前数据查询出来
    User user = userDao.selectById(3L);     //version=3
    User user2 = userDao.selectById(3L);    //version=3
    user2.setName("Jock aaa");
    userDao.updateById(user2);              //version=>4
    user.setName("Jock bbb");
    userDao.updateById(user);               //verion=3?条件还成立吗？
}

2.1.2.2 CAS算法思想

实现思想：CAS算法基于ccompare-and-swap（比较和交互）操作，类似于Junit的断言机制，其通过比较当前值和期望值的方式，实现乐观锁的并发控制机制。

使用说明：在使用时，先读取数据的原值，根据规则计算出新的期望值，随后，使用CAS操作把期望值写入数据的存储位置，若操作成功，说明没有发生冲突，更新操作可以提交，否则，操作失败，需要重新读取数据并重复以上操作。

问题：一方面是数据库性能问题，另一当面是ABA问题。

ABA问题：当前有ABC三个线程，初始数据版本号为V1，线程AB分别查询到该数据的版本号是V1，线程A先更新数据，把版本改为A2，然后线程C也执行一次操作把版本号从V1更改成V3随后又改回V1，此时当线程B更新时发现数据版本匹配，更新操作成功，但实际数据已经被C修改，因此为避免此问题又需借助时间戳、版本号机制来解决。

2.2 悲观锁

2.2.1 悲观锁的概念

悲观锁：认为大概率会发生线程安全问题。

2.2.2 悲观锁的解决思想

悲观锁的核心思想：在操作共享数据之前对其进行加锁，保证同一时刻只有一个线程可以访问，避免数据的并发修改和读取。

2.2.3 悲观锁的实现方式

2.2.3.1 基于数据库机制

基于数据库机制，诸如：行级锁和表级锁等，通过在数据库上对共享数据进行加锁，保证数据的一致性和完整性。

2.2.3.1.1 行级锁

行级锁：是在对数据库表进行操作第，对操作进行的行加锁，即SQL语句在修改每行记录时，只会锁定该行数据，不会影响其他行，其他记录仍可被修改，行级锁可以有效提高并发性，然而由于加锁粒度小，因此在短事务（诸如简单的update、delete、insert操作）并发场景下会影响性能。

如：在MySQL的InnoDB中提供的就是行级锁。

注：长事务（占用锁的粒度比较大，时间长，通常会涉及多个表，多次修改，对数据库影响性能较大）

2.2.3.1.2 表级锁

表级锁：MySQL中MyISAM存储引擎使用的是表级锁，当一个事务对一个表进行操作时，MyISAM会给整个表加锁，其它事务无法对该表进行读取或修改操作，直至锁释放，然而由于加锁粒度大，因此会带来性能上的损失，不适用于并发更新操作比较多的场景。

2.2.3.2 基于应用层面的锁机制

基于应用层面的锁机制，如synchronized锁和lock锁等，通过在代码层面对共享数据进行加锁，实现数据的并发控制。

2.2.3 悲观锁缺点

2.2.3.1 性能瓶颈

性能瓶颈：需要早操作共享数据前加锁，阻塞其它线程对数据的访问，造成性能瓶颈。

2.2.3.1 死锁问题

死锁题锁：在锁定期间可能会出现死锁问题，即在加锁操作过程中出现异常或造成线程长时间未释放，就可能发生死锁问题，导致应用程序崩溃。

2.3 死锁

2.3.1 死锁的概念

死锁：两个或多个进程，因相互申请对方占用的资源而造成互相等待的现象，导致所有进程都在等待彼此释放资源而无法继续向前推荐，最终都无法完成任务。

2.3.2 死锁出现原因

死锁出现原因：由于多个线程或进程在运行过程中，因相互申请对方占用资源而造成互相等待的现象，从而，出现一种无法解决的状态。

案例：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-482287.html

两个线程AB同时占用一些资源，现在A需要获取B占用资源，而B同时需要获取A占用资源，两个线程都不释放已占用资源，从而造成死锁状态。

2.3.3 死锁解决方法

① 预防死锁：通过合理资源申请和释放策略避免死锁发生。

② 检测死锁：采用算法检测死锁状态，并及时采取相应措施，诸如撤销一些进程、杀掉进程等。

③ 解除死锁：采用一定策略释放资源、终止进程等以打破死锁状态。

④ 避免死锁：从资源分配角度出发，在分配每一个资源时都要判断是否会出现死锁，若会出现，则不分配资源。

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