java 中的悲觀鎖和樂觀鎖的實現

鎖(locking)

業務邏輯的實現過程中,往往需要保證數據訪問的排他性。如在金融系統的日終結算

處理中,我們希望針對某個cut-off時間點的數據進行處理,而不希望在結算進行過程中

(可能是幾秒種,也可能是幾個小時),數據再發生變化。此時,我們就需要通過一些機

制來保證這些數據在某個操作過程中不會被外界修改,這樣的機制,在這裏,也就是所謂

的“鎖”,即給我們選定的目標數據上鎖,使其無法被其他程序修改。

Hibernate支持兩種鎖機制:即通常所說的“悲觀鎖(Pessimistic Locking)”

和“樂觀鎖(Optimistic Locking)”。

悲觀鎖(Pessimistic Locking)

悲觀鎖,正如其名,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)。

一個典型的倚賴數據庫的悲觀鎖調用:

select * from account where name=”Erica” for update

這條sql 語句鎖定了account 表中所有符合檢索條件(name=”Erica”)的記錄。

本次事務提交之前(事務提交時會釋放事務過程中的鎖),外界無法修改這些記錄。

Hibernate的悲觀鎖,也是基於數據庫的鎖機制實現。

下面的代碼實現了對查詢記錄的加鎖:

 

String hqlStr =

"from TUser as user where user.name='Erica'";

Query query = session.createQuery(hqlStr);

query.setLockMode("user",LockMode.UPGRADE); //加鎖

List userList = query.list();//執行查詢,獲取數據

query.setLockMode對查詢語句中,特定別名所對應的記錄進行加鎖(我們爲

TUser類指定了一個別名“user”),這裏也就是對返回的所有user記錄進行加鎖。

觀察運行期Hibernate生成的SQL語句:

select tuser0_.id as id, tuser0_.name as name, tuser0_.group_id

as group_id, tuser0_.user_type as user_type, tuser0_.sex as sex

from t_user tuser0_ where (tuser0_.name='Erica' ) for update

這裏Hibernate通過使用數據庫的for update子句實現了悲觀鎖機制。

Hibernate的加鎖模式有:

Ø LockMode.NONE : 無鎖機制。

Ø LockMode.WRITE :Hibernate在Insert和Update記錄的時候會自動

獲取。

Ø LockMode.READ : Hibernate在讀取記錄的時候會自動獲取。

以上這三種鎖機制一般由Hibernate內部使用,如Hibernate爲了保證Update

過程中對象不會被外界修改,會在save方法實現中自動爲目標對象加上WRITE鎖。

Ø LockMode.UPGRADE :利用數據庫的for update子句加鎖。

Ø LockMode. UPGRADE_NOWAIT :Oracle的特定實現,利用Oracle的for

update nowait子句實現加鎖。

上面這兩種鎖機制是我們在應用層較爲常用的,加鎖一般通過以下方法實現:

Criteria.setLockMode

Query.setLockMode

Session.lock

注意,只有在查詢開始之前(也就是Hiberate 生成SQL 之前)設定加鎖,纔會

真正通過數據庫的鎖機制進行加鎖處理,否則,數據已經通過不包含for update

子句的Select SQL加載進來,所謂數據庫加鎖也就無從談起。

樂觀鎖(Optimistic Locking)

相對悲觀鎖而言,樂觀鎖機制採取了更加寬鬆的加鎖機制。悲觀鎖大多數情況下依

靠數據庫的鎖機制實現,以保證操作最大程度的獨佔性。但隨之而來的就是數據庫

性能的大量開銷,特別是對長事務而言,這樣的開銷往往無法承受。

如一個金融系統,當某個操作員讀取用戶的數據,並在讀出的用戶數據的基礎上進

行修改時(如更改用戶帳戶餘額),如果採用悲觀鎖機制,也就意味着整個操作過

程中(從操作員讀出數據、開始修改直至提交修改結果的全過程,甚至還包括操作

員中途去煮咖啡的時間),數據庫記錄始終處於加鎖狀態,可以想見,如果面對幾

百上千個併發,這樣的情況將導致怎樣的後果。

樂觀鎖機制在一定程度上解決了這個問題。樂觀鎖,大多是基於數據版本

(Version)記錄機制實現。何謂數據版本?即爲數據增加一個版本標識,在基於

數據庫表的版本解決方案中,一般是通過爲數據庫表增加一個“version”字段來

實現。

讀取出數據時,將此版本號一同讀出,之後更新時,對此版本號加一。此時,將提

交數據的版本數據與數據庫表對應記錄的當前版本信息進行比對,如果提交的數據

版本號大於數據庫表當前版本號,則予以更新,否則認爲是過期數據。

對於上面修改用戶帳戶信息的例子而言,假設數據庫中帳戶信息表中有一個

version字段,當前值爲1;而當前帳戶餘額字段(balance)爲$100。

1 操作員A 此時將其讀出(version=1),並從其帳戶餘額中扣除$50

($100-$50)。

2 在操作員A操作的過程中,操作員B也讀入此用戶信息(version=1),並

從其帳戶餘額中扣除$20($100-$20)。

3 操作員A完成了修改工作,將數據版本號加一(version=2),連同帳戶扣

除後餘額(balance=$50),提交至數據庫更新,此時由於提交數據版本大

於數據庫記錄當前版本,數據被更新,數據庫記錄version更新爲2。

4 操作員B完成了操作,也將版本號加一(version=2)試圖向數據庫提交數

據(balance=$80),但此時比對數據庫記錄版本時發現,操作員B提交的

數據版本號爲2,數據庫記錄當前版本也爲2,不滿足“提交版本必須大於記

錄當前版本才能執行更新“的樂觀鎖策略,因此,操作員B 的提交被駁回。

這樣,就避免了操作員B 用基於version=1 的舊數據修改的結果覆蓋操作

員A的操作結果的可能。

從上面的例子可以看出,樂觀鎖機制避免了長事務中的數據庫加鎖開銷(操作員A

和操作員B操作過程中,都沒有對數據庫數據加鎖),大大提升了大併發量下的系

統整體性能表現。

需要注意的是,樂觀鎖機制往往基於系統中的數據存儲邏輯,因此也具備一定的局

限性,如在上例中,由於樂觀鎖機制是在我們的系統中實現,來自外部系統的用戶

餘額更新操作不受我們系統的控制,因此可能會造成髒數據被更新到數據庫中。在

系統設計階段,我們應該充分考慮到這些情況出現的可能性,並進行相應調整(如

將樂觀鎖策略在數據庫存儲過程中實現,對外只開放基於此存儲過程的數據更新途

徑,而不是將數據庫表直接對外公開)。

Hibernate 在其數據訪問引擎中內置了樂觀鎖實現。如果不用考慮外部系統對數

據庫的更新操作,利用Hibernate提供的透明化樂觀鎖實現,將大大提升我們的

生產力。

Hibernate中可以通過class描述符的optimistic-lock屬性結合version

描述符指定。

現在,我們爲之前示例中的TUser加上樂觀鎖機制。

1. 首先爲TUser的class描述符添加optimistic-lock屬性:

<hibernate-mapping>

<class

name="org.hibernate.sample.TUser"

table="t_user"

dynamic-update="true"

dynamic-insert="true"

optimistic-lock="version"

>

……

</class>

</hibernate-mapping>

optimistic-lock屬性有如下可選取值:

Ø none

無樂觀鎖

Ø version

通過版本機制實現樂觀鎖

Ø dirty

通過檢查發生變動過的屬性實現樂觀鎖

Ø all

通過檢查所有屬性實現樂觀鎖

其中通過version實現的樂觀鎖機制是Hibernate官方推薦的樂觀鎖實現,同時也

是Hibernate中,目前唯一在數據對象脫離Session發生修改的情況下依然有效的鎖機

制。因此,一般情況下,我們都選擇version方式作爲Hibernate樂觀鎖實現機制。

2. 添加一個Version屬性描述符

<hibernate-mapping>

<class

name="org.hibernate.sample.TUser"

table="t_user"

dynamic-update="true"

dynamic-insert="true"

optimistic-lock="version"

>

<id

name="id"

column="id"

type="java.lang.Integer"

>

<generator class="native">

</generator>

</id>

<version

column="version"

name="version"

type="java.lang.Integer"

/>

……

</class>

</hibernate-mapping>

注意version 節點必須出現在ID 節點之後。

這裏我們聲明瞭一個version屬性,用於存放用戶的版本信息,保存在TUser表的

version字段中。

此時如果我們嘗試編寫一段代碼,更新TUser表中記錄數據,如:

Criteria criteria = session.createCriteria(TUser.class);

criteria.add(Expression.eq("name","Erica"));

List userList = criteria.list();

TUser user =(TUser)userList.get(0);

Transaction tx = session.beginTransaction();

user.setUserType(1); //更新UserType字段

tx.commit();

每次對TUser進行更新的時候,我們可以發現,數據庫中的version都在遞增。

而如果我們嘗試在tx.commit 之前,啓動另外一個Session,對名爲Erica 的用

戶進行操作,以模擬併發更新時的情形:

Session session= getSession();

Criteria criteria = session.createCriteria(TUser.class);

criteria.add(Expression.eq("name","Erica"));

Session session2 = getSession();

Criteria criteria2 = session2.createCriteria(TUser.class);

criteria2.add(Expression.eq("name","Erica"));

List userList = criteria.list();

List userList2 = criteria2.list();TUser user =(TUser)userList.get(0);

TUser user2 =(TUser)userList2.get(0);

Transaction tx = session.beginTransaction();

Transaction tx2 = session2.beginTransaction();

user2.setUserType(99);

tx2.commit();

user.setUserType(1);

tx.commit();

執行以上代碼,代碼將在tx.commit()處拋出StaleObjectStateException異

常,並指出版本檢查失敗,當前事務正在試圖提交一個過期數據。通過捕捉這個異常,我

們就可以在樂觀鎖校驗失敗時進行相應處理。

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