大数据量下高并发同步的讲解

感悟时分

对于我们开发的网站，如果网站的访问量非常大的话，那么我们就需要考虑相关的并发访问问题了。而并发问
题是绝大部分的程序员头疼的问题，

但话又说回来了，既然逃避不掉，那我们就坦然面对吧~今天就让我们一起来研究一下常见的并发和同步吧。

   为了更好的理解并发和同步，我们需要先明白两个重要的概念:同步和异步

   1、同步和异步的区别和联系

         所谓同步，可以理解为在执行完一个函数或方法之后，一直等待系统返回值或消息，这时程序是出于阻
塞的，只有接收到

        返回的值或消息后才往下执行其它的命令。

        异步，执行完函数或方法后，不必阻塞性地等待返回值或消息，只需要向系统委托一个异步过程，那么
当系统接收到返回

        值或消息时，系统会自动触发委托的异步过程，从而完成一个完整的流程。

         同步在一定程度上可以看做是单线程，这个线程请求一个方法后就待这个方法给他回复，否则他不往下
执行(死心眼)。

        异步在一定程度上可以看做是多线程的(废话，一个线程怎么叫异步)，请求一个方法后，就不管了，继
续执行其他的方法。



        同步就是一件事，一件事情一件事的做。
        异步就是，做一件事情，不引响做其他事情。

        例如：吃饭和说话，只能一件事一件事的来，因为只有一张嘴。
                但吃饭和听音乐是异步的，因为，听音乐并不引响我们吃饭。



        对于Java程序员而言，我们会经常听到同步关键字synchronized，假如这个同步的监视对象是类的话，
那么如果当一个对象

        访问类里面的同步方法的话，那么其它的对象如果想要继续访问类里面的这个同步方法的话，就会进入
阻塞，只有等前一个对象

        执行完该同步方法后当前对象才能够继续执行该方法。这就是同步。相反，如果方法前没有同步关键字
修饰的话，那么不同的对象

        可以在同一时间访问同一个方法，这就是异步。



        在补充一下(脏数据和不可重复读的相关概念):

       脏数据

　　脏读就是指当一个事务正在访问数据，并且对数据进行了修改，而这种修改还没有提交到数据库中，这时，
另外一个事务也访问这个数据，然后使用了这
个数据。因为这个数据是还没有提交的数据，那么另外一个事务读到的这个数据是脏数据(Dirty Data)，依据脏
数据所做的操作可能是不正确的。
     不可重复读

　　不可重复读是指在一个事务内，多次读同一数据。在这个事务还没有结束时，另外一个事务也访问该同一
数据。那么，在第一个事务中的两次读数据之间，由于第二个事务的修改，那么第一个事务两次读到的数据可
能是不一样的。这样就发生了在一个事务内两次读到的数据是不一样的，因此称为是不可重复读






   2、如何处理并发和同步

        今天讲的如何处理并发和同同步问题主要是通过锁机制。

       我们需要明白，锁机制有两个层面。

       一种是代码层次上的，如java中的同步锁，典型的就是同步关键字synchronized，这里我不在做过多的讲解，


       另外一种是数据库层次上的，比较典型的就是悲观锁和乐观锁。这里我们重点讲解的就是悲观锁（传统的
物理锁）和乐观锁。

       悲观锁(Pessimistic Locking):      

       悲观锁，正如其名，它指的是对数据被外界（包括本系统当前的其他事务，以及来自 外部系统的事务处
理）修改持保守态度，因此，

       在整个数据处理过程中，将数据处于锁定状态。

       悲观锁的实现，往往依靠数据库提供的锁机制（也只有数据库层提供的锁机制才能 真正保证数据访问的
排他性，否则，即使在本系统

       中实现了加锁机制，也无法保证外部系 统不会修改数据）。

       一个典型的倚赖数据库的悲观锁调用：

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

       这条 sql 语句锁定了 account 表中所有符合检索条件（ name=”Erica” ）的记录。

       本次事务提交之前（事务提交时会释放事务过程中的锁），外界无法修改这些记录。
       Hibernate 的悲观锁，也是基于数据库的锁机制实现。
       下面的代码实现了对查询记录的加锁：

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

        Query query = session.createQuery(hqlStr);

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

       List userList = query.list();// 执行查询，获取数据

       query.setLockMode 对查询语句中，特定别名所对应的记录进行加锁（我们为 TUser 类指定了一个别名
“user” ），这里也就是对

      返回的所有 user 记录进行加锁。

      观察运行期 Hibernate 生成的 SQL 语句：
      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
     这里 Hibernate 通过使用数据库的 for update 子句实现了悲观锁机制。
      Hibernate 的加锁模式有：
      Ø LockMode.NONE ： 无锁机制。
      Ø LockMode.WRITE ： Hibernate 在 Insert 和 Update 记录的时候会自动获取
      Ø LockMode.READ ： Hibernate 在读取记录的时候会自动获取。
      以上这三种锁机制一般由 Hibernate 内部使用，如 Hibernate 为了保证 Update
      过程中对象不会被外界修改，会在 save 方法实现中自动为目标对象加上 WRITE 锁。
      Ø LockMode.UPGRADE ：利用数据库的 for update 子句加锁。
      Ø LockMode. UPGRADE_NOWAIT ： Oracle 的特定实现，利用 Oracle 的 for
      update nowait 子句实现加锁。
      上面这两种锁机制是我们在应用层较为常用的，加锁一般通过以下方法实现：
      Criteria.setLockMode
      Query.setLockMode
      Session.lock
      注意，只有在查询开始之前（也就是 Hiberate 生成 SQL 之前）设定加锁，才会
      真正通过数据库的锁机制进行加锁处理，否则，数据已经通过不包含 for update
      子句的 Select SQL 加载进来，所谓数据库加锁也就无从谈起。

      为了更好的理解select... for update的锁表的过程，本人将要以mysql为例，进行相应的讲解

      1、要测试锁定的状况，可以利用MySQL的Command Mode ，开二个视窗来做测试。

          表的基本结构如下:





           表中内容如下:





          开启两个测试窗口，在其中一个窗口执行select * from ta for update0

          然后在另外一个窗口执行update操作如下图:



          等到一个窗口commit后的图片如下:



           到这里，悲观锁机制你应该了解一些了吧~



           需要注意的是for update要放到mysql的事务中，即begin和commit中，否者不起作用。



            至于hibernate中的悲观锁使用起来比较简单，这里就不写demo了~感兴趣的自己查一下就ok了~



          乐观锁(Optimistic Locking):        
         相对悲观锁而言，乐观锁机制采取了更加宽松的加锁机制。悲观锁大多数情况下依 靠数据库的锁机制
实现，以保证操作最大程度的独占性。但随之

而来的就是数据库 性能的大量开销，特别是对长事务而言，这样的开销往往无法承受。 如一个金融系统，
当某个操作员读取用户的数据，并在读出的用户数

据的基础上进 行修改时（如更改用户帐户余额），如果采用悲观锁机制，也就意味着整个操作过 程中（
从操作员读出数据、开始修改直至提交修改结果的全

过程，甚至还包括操作 员中途去煮咖啡的时间），数据库记录始终处于加锁状态，可以想见，如果面对几
百上千个并发，这样的情况将导致怎样的后果。 乐

观锁机制在一定程度上解决了这个问题。

         乐观锁，大多是基于数据版本   Version ）记录机制实现。何谓数据版本？即为数据增加一个版本标
识，在基于数据库表的版本解决方案中，一般是通

过为数据库表增加一个 “version” 字段来 实现。 读取出数据时，将此版本号一同读出，之后更新时，对此
版本号加一。此时，将提 交数据的版本数据与数据

库表对应记录的当前版本信息进行比对，如果提交的数据 版本号大于数据库表当前版本号，则予以更新，
否则认为是过期数据。对于上面修改用户帐户信息

的例子而言，假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（ balan
ce ）为 $100 。操作员 A 此时将其读出

（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $50（ $100-$50 ）。 2 在操作员 A 操作的过程中，操作员 B 也
读入此用户信息（ version=1 ），并 从其帐

户余额中扣除 $20 （ $100-$20 ）。 3 操作员 A 完成了修改工作，将数据版本号加一（ version=2 ），
连同帐户扣 除后余额（ balance=$50 ），提交

至数据库更新，此时由于提交数据版本大 于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录 version 更新
为 2 。 4 操作员 B 完成了操作，也将版本号加一

（ version=2 ）试图向数据库提交数 据（ balance=$80 ），但此时比对数据库记录版本时发现，操作员
B 提交的 数据版本号为 2 ，数据库记录当前版

本也为 2 ，不满足 “ 提交版本必须大于记 录当前版本才能执行更新 “ 的乐观锁策略，因此，操作员 B 的
提交被驳回。 这样，就避免了操作员 B 用基于

version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作 员 A 的操作结果的可能。 从上面的例子可以看出，乐观锁机制避
免了长事务中的数据库加锁开销（操作员 A


和操作员 B 操作过程中，都没有对数据库数据加锁），大大提升了大并发量下的系 统整体性能表现。 需
要注意的是，乐观锁机制往往基于系统中的数据存储

逻辑，因此也具备一定的局 限性，如在上例中，由于乐观锁机制是在我们的系统中实现，来自外部系统的
用户 余额更新操作不受我们系统的控制，因此可能

会造成脏数据被更新到数据库中。在 系统设计阶段，我们应该充分考虑到这些情况出现的可能性，并进行
相应调整（如 将乐观锁策略在数据库存储过程中实

现，对外只开放基于此存储过程的数据更新途 径，而不是将数据库表直接对外公开）。 Hibernate 在其数
据访问引擎中内置了乐观锁实现。如果不用考虑外

部系统对数 据库的更新操作，利用 Hibernate 提供的透明化乐观锁实现，将大大提升我们的 生产力。


Hibernate 中可以通过 class 描述符的 optimistic-lock 属性结合 version描述符指定。

现在，我们为之前示例中的 User 加上乐观锁机制。

libingyu135

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