[锁]：乐观锁与悲观锁

摘要

摘要：乐观锁；悲观锁；实现方法；本地锁；分布式锁

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

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

2.2.2.1