樂觀鎖和悲觀鎖，如何區分？
悲觀鎖和樂觀鎖是工作中兩種常見的并發控制機制，它們主要用于處理多線程或多進程環境中的數據訪問沖突問題，在數據庫系統、分布式系統和多線程編程中都有廣泛應用。這篇文章，我們來分析悲觀鎖和樂觀鎖的原理以及使用場景。
一、悲觀鎖
1. 定義
悲觀鎖（Pessimistic Lock），顧名思義，就是持有悲觀狀態，假設沖突會頻繁發生的鎖機制。每次數據訪問時，都會先加鎖，直到操作完成后才釋放鎖，這樣可以確保在鎖持有期間，其他線程無法訪問這段數據，從而避免了并發沖突。
悲觀鎖的實現通常有以下兩種方式：
- 數據庫：在數據庫中，悲觀鎖通常通過SQL語句實現，例如SELECT ... FOR UPDATE。
- 編程語言：在編程語言中，悲觀鎖可以使用互斥鎖（Mutex）或同步塊（Synchronized Block）來實現。
2. 應用場景
適用于對數據并發沖突非常敏感的場景，例如銀行轉賬操作、庫存扣減等需要嚴格數據一致性的操作。
3. 優缺點
- 優點：可以完全避免并發沖突，保證數據的一致性和完整性。
- 缺點：由于每次訪問數據都需要加鎖和解鎖，會導致性能開銷較大，特別是在并發量高的情況下，容易造成鎖競爭和死鎖問題。
4. 示例
下面我們用 Java + MySQL 展示了一個悲觀鎖的具體實現。
假設有一個銀行賬戶表（Account），包含賬戶 ID和余額兩個字段，我們希望在更新賬戶余額時使用悲觀鎖，以確保數據的一致性。
整個運行流程分為以下4個步驟：
- 獲取賬戶信息并鎖定記錄（SELECT ... FOR UPDATE）。
- 計算新的余額。
- 更新賬戶信息。
- 由于使用了@Transactional注解，整個方法執行在一個事務中，確保在事務提交之前，鎖定的記錄不會被其他事務修改。
(1) 數據庫表結構
CREATE TABLE Account (
id INT PRIMARY KEY,
balance DECIMAL(10, 2) NOT NULL
);(2) Java實現示例
① Account類
public class Account {
private int id;
private BigDecimal balance;
// Getters and Setters
}② AccountMapper接口
public interface AccountMapper {
Account getAccountByIdForUpdate(int id);
void updateAccount(Account account);
}③ AccountMapper的SQL實現
<mapper namespace="com.example.AccountMapper">
<select id="getAccountByIdForUpdate" resultType="com.example.Account">
SELECT id, balance FROM Account WHERE id = #{id} FOR UPDATE
</select>
<update id="updateAccount">
UPDATE Account
SET balance = #{balance}
WHERE id = #{id}
</update>
</mapper>④ AccountService類
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
publicclass AccountService {
private AccountMapper accountMapper;
public AccountService(AccountMapper accountMapper) {
this.accountMapper = accountMapper;
}
@Transactional
public void updateAccountBalance(int accountId, BigDecimal amount) {
// 獲取賬戶信息并鎖定記錄
Account account = accountMapper.getAccountByIdForUpdate(accountId);
if (account == null) {
thrownew RuntimeException("Account not found");
}
// 更新余額
account.setBalance(account.getBalance().add(amount));
// 更新賬戶信息
accountMapper.updateAccount(account);
}
}示例說明：
- Account類：包含賬戶ID和余額的Java類。
- AccountMapper接口：定義了獲取賬戶信息（帶鎖定）和更新賬戶信息的方法。
- AccountMapper的SQL實現：使用MyBatis或其他ORM框架，定義了SQL查詢和更新語句。注意在查詢語句中使用FOR UPDATE來鎖定記錄。
- AccountService類：業務邏輯類，在更新賬戶余額時，先獲取當前賬戶信息并鎖定記錄，然后更新余額并提交更新。
這種機制確保了在操作完成之前，其他線程無法修改鎖定的記錄，從而實現了悲觀鎖的并發控制。
(3) 注意事項
- 事務管理：使用悲觀鎖時，需要確保在事務提交之前鎖不會被釋放，因此必須在事務中使用。
- 死鎖風險：悲觀鎖可能會導致死鎖，需要特別注意死鎖檢測和處理。
- 性能影響：由于每次操作都需要加鎖和解鎖，性能可能會受到影響，特別是在高并發情況下。
通過了解悲觀鎖的具體實現，可以在需要嚴格數據一致性的場景中有效地避免并發沖突。
二、樂觀鎖
1. 定義
樂觀鎖（Optimistic Lock）是一種假設沖突不會頻繁發生的鎖機制。每次數據訪問時，不會加鎖，而是在更新數據時檢查是否有其他線程修改過數據。如果檢測到沖突（數據被其他線程修改過），則重試操作或報錯。
樂觀鎖通常實現方式有以下兩種：
- 版本號機制：每次讀取數據時，讀取一個版本號，更新數據時，檢查版本號是否變化，如果沒有變化，則更新成功，否則重試。
- 時間戳機制：類似版本號機制，通過時間戳來檢測數據是否被修改。
2. 應用場景
適用于讀多寫少的場景，例如用戶評論系統、社交媒體點贊等，這些場景下并發沖突概率較低。
3. 優缺點
- 優點：避免了頻繁的鎖操作，性能較好，適合讀多寫少的場景。
- 缺點：在高并發寫操作的場景下，重試可能會頻繁發生，導致性能下降。
4. 示例
樂觀鎖的實現通常涉及到版本號（或時間戳）機制，以便在更新數據時檢測是否發生了并發修改。我們還是用上面的示例，展示了如何在 Java中使用樂觀鎖進行并發控制。
假設有一個銀行賬戶表（Account），包含賬戶ID、余額和版本號三個字段，現在希望在更新賬戶余額時使用樂觀鎖，以確保數據的一致性。
整個運行流程總結為下面 3個步驟：
- 獲取賬戶信息，包括當前的版本號。
- 計算新的余額，并增加版本號。
- 嘗試更新賬戶信息，如果版本號匹配則更新成功，否則更新失敗并拋出異常。
(1) 數據庫表結構
CREATE TABLE Account (
id INT PRIMARY KEY,
balance DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
version INT NOT NULL
);(2) Java實現示例
① Account類
public class Account {
private int id;
private BigDecimal balance;
private int version;
// Getters and Setters
}② AccountMapper接口
public interface AccountMapper {
Account getAccountById(int id);
int updateAccount(Account account);
}③ AccountMapper的SQL實現
<mapper namespace="com.example.AccountMapper">
<select id="getAccountById" resultType="com.example.Account">
SELECT id, balance, version FROM Account WHERE id = #{id}
</select>
<update id="updateAccount">
UPDATE Account
SET balance = #{balance}, version = #{version}
WHERE id = #{id} AND version = #{oldVersion}
</update>
</mapper>④ AccountService類
public class AccountService {
private AccountMapper accountMapper;
public AccountService(AccountMapper accountMapper) {
this.accountMapper = accountMapper;
}
public void updateAccountBalance(int accountId, BigDecimal amount) {
// 獲取賬戶信息
Account account = accountMapper.getAccountById(accountId);
if (account == null) {
thrownew RuntimeException("Account not found");
}
// 記錄當前版本號
int currentVersion = account.getVersion();
// 更新余額
account.setBalance(account.getBalance().add(amount));
// 更新版本號
account.setVersion(currentVersion + 1);
// 嘗試更新賬戶信息
int updatedRows = accountMapper.updateAccount(account);
if (updatedRows == 0) {
// 更新失敗，可能是由于并發修改導致的版本號不匹配
thrownew OptimisticLockException("Update failed due to concurrent modification");
}
}
}示例說明：
- Account類：包含賬戶ID、余額和版本號的Java類。
- AccountMapper接口：定義了獲取賬戶信息和更新賬戶信息的方法。
- AccountMapper的SQL實現：使用MyBatis或其他ORM框架，定義了SQL查詢和更新語句。注意在更新語句中使用了舊版本號來檢測并發修改。
- AccountService類：業務邏輯類，在更新賬戶余額時，先獲取當前賬戶信息及其版本號，然后嘗試更新余額和版本號。如果更新失敗，拋出一個OptimisticLockException。
三、區別總結
假設前提：
- 悲觀鎖假設沖突會頻繁發生，需要加鎖保護。
- 樂觀鎖假設沖突不會頻繁發生，通過版本號或時間戳來檢測沖突。
性能：
- 悲觀鎖性能較低，因為每次操作都需要加鎖和解鎖。
- 樂觀鎖性能較高，但在高并發寫操作下可能會頻繁重試，影響性能。
應用場景：
- 悲觀鎖適用于并發沖突高、數據一致性要求嚴格的場景。
- 樂觀鎖適用于并發沖突低、讀多寫少的場景。
四、總結
本文我們詳細分析了悲觀鎖和樂觀鎖的原理、區別、實現方式和應用場景，實際工作中，可以根據具體需求選擇合適的并發控制機制，以保證系統的性能和數據一致性。
