樂觀鎖悲觀鎖 · zsq_php小知識

# 什么是鎖？如果從日常生活中理解什么是鎖，很好理解，每個人家門上都有鎖，用來防止他人竊取自家財產。但是在計算機中，鎖的概念稍有不同，在計算機中只有涉及到資源競爭的時候，才會用到鎖。比如在單線程中，不需要用到鎖，資源都是順序化被持有，不存在競爭。但是在多線程中，同時會有多個請求需要同一個資源，這個時候，就需要進行加鎖操作，一個線程獲取到鎖之后，其他的線程只有等待資源被釋放才能接著執行。 # 鎖的作用鎖本質是為了保證串行，比如在購買訂單的時候，同時涌入大量的請求，如何保證商品不多賣以及不少賣，保證數據的準確性，這個時候就要用鎖來控制并發，讓本來并行執行的問題轉換為串行執行。 # 鎖的分類說到鎖的分類，在各種文章以及研究中都提供了不同的分類，比較繁雜，但是如果從思想上來說，總體來說分為兩類，一類是悲觀鎖，一類是樂觀鎖。 # 樂觀鎖樂觀鎖是相對于悲觀鎖而言，樂觀鎖機制采用了更加寬松的加鎖機制。樂觀鎖字如其名，就是持有比較樂觀的態度。就是假設認為數據一般情況下不會造成沖突，所以在數據進行提交更新的時候，才會正式對數據的沖突與否進行檢測，如果發現沖突了，則給用戶返回錯誤信息，讓用戶決定如何去做。樂觀鎖的實現也比較簡單，就是使用數據版本version記錄機制實現。接下來，我們利用mysql數據庫來實現一下樂觀鎖，但是這里要特別注意，第一點，mysql本身并沒有提供實現樂觀鎖，而且也沒有樂觀鎖這個概念，mysql的鎖都是悲觀鎖，那么我們就懂了，樂觀鎖是一種思想，使用其他的所有方式都可以實現，只要實現了這個思想的，都叫樂觀鎖。比如可以使用文件，使用redis都可以實現。我們首先建立一張表叫good\_num貨物表。創建表的語句如下所示 ~~~ CREATE TABLE `good_nums` ( `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `name` varchar(50) DEFAULT NULL, `nums` int(11) DEFAULT NULL, `version` int(11) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`id`) ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4; ~~~ | 字段 | 描述 | | --- | --- | | id | 自增ID | | name | 名字 | | nums | 數量 | | version | 版本 | 接下來我們給表增加一條記錄。 ~~~ INSERT INTO good_amount (name,nums,version) VALUES('張三',100,1) ~~~ 目前記錄如下所示： | id | name | nums | version | | --- | --- | --- | --- | | 1 | 張三 | 100 | 1 | OK，基本情況我們已經構建完成。那么現在我們假定有這么一個需求，用戶每買一筆，就要把數量減少1個。理想情況下，如果用戶一個一個來去購買的話，我們的數量會按照情況去一個一個減少。但是這僅僅是理想情況，實際情況是，用戶會同時涌入來購買，在這種情況下，數量的減少根本無法保障。我們看一下在未使用鎖的情況下，是如何實現程序的，這也是初級程序員最常寫的代碼如下所示： ~~~ <?php //連接數據庫 $conn = new mysqli_connect(xxxxx); //查詢當前的數量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遺憾，商品被搶光了"; exit; } //將當前的數量減少1 $nums = $row['nums'] - 1; $sql1 = "update good_nums set nums=".$nums." where id=1"; $source1 = $conn->query($sql1); ~~~ 通過上面的代碼可以很明顯的理解，當大量的請求同時涌來的時候，程序在同一時間可能同時讀到當前數量為100，那么每個用戶可能都搶到了物品，但是數據庫記錄數到最后居然是99，然而此時可能已經賣了1千個了。此時就發生了超賣的問題。那么如果此時使用樂觀鎖，就很容解決這個問題了。代碼如下所示： ~~~ // 連接數據庫 $conn = new mysqli(xxxx); //查詢當前的數量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遺憾，商品被搶光了"; exit; } //給當前的數量減少1 $nums = $row['nums'] - 1; //當前的版本 $version = $row['version']; //更新數據庫的數量 $sql1 = "update good_nums set nums=".$nums.",version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); if(!$source1){ echo "您未搶到本商品，請繼續努力"; } $conn->close(); ~~~ 可以對比現在的程序，比之前的程序多增加了一個version的條件控制，對的，這就是樂觀鎖的精髓所在。我們現在來模擬一下用戶的請求。當第一個用戶涌進來，他拿到的貨物數量為100，此時拿到的version為1。當第二個用戶涌進來，他此時拿到的貨物數量也為100，此時的version為1。還有第三個，第四個，都是同樣的情況。此時，第一個用戶的請求去更新數據庫，他更新的條件，是version必須等于剛剛拿到1，此時數據庫的version還未更新，于是他將這條記錄更新成功，nums數量成功減少為99，并且于此同時，將version更新為2。那么第二個用戶也去執行這個條件，數據庫此時去檢查發現version居然不是1了，于是這個條件不成立，此時這條sql就會執行失敗，然后告訴用戶你沒有搶到。一直第三個，第四個用戶都是如此。只有第n個用戶可能拿到新的version，并且可能成功更新。上面就是樂觀鎖的完整實現，當前了，上面我們寫的程序還有問題，下面是一個正確的程序。 ~~~ // 連接數據庫 $conn = new mysqli(xxxx); //查詢當前的數量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遺憾，商品被搶光了"; exit; } //當前的版本 $version = $row['version']; //更新數據庫的數量 $sql1 = "update good_nums set nums=nums-1,version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); if(!$source1){ echo "您未搶到本商品，請繼續努力"; } $conn->close(); ~~~ 仔細對比就會發現，之前我們是用程序去減少的數量1，但是現在的代碼是讓數據庫去自動減少1。這個也是比較關鍵的一點，在高并發的情況下，請記住一定要如此寫，不然可能會發生不可想像的錯誤。在很多時候，如果面試官繼續深究，他就會問你，如果大量的用戶同時涌入，上面的程序只能保證少數人能拿到商品啊，可能100個用戶同時涌入，到最后，只賣了10個，但是公司又想這100都賣掉，這個時候咋辦？這個時候我們就引入了自旋鎖的概念。這個概念如果第一次聽說，就會有點蒙，啥是自旋，怎么自旋，好，帶著這個問題，我們回到剛剛100個人來搶，可能只賣了10個問題。我們想，既然用戶會發生更新失敗的問題，我們為啥不如讓用戶等待一下，重新獲取一遍新的值，然后讓用戶搶到呢？對的，這就是自旋鎖了。程序如下： ~~~ // 連接數據庫 $conn = new mysqli(xxxx); $tips = true; while($tips){ //查詢當前的數量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遺憾，商品被搶光了"; $tips = false; exit; } //當前的版本 $version = $row['version']; //更新數據庫的數量 $sql1 = "update good_nums set nums=nums-1,version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); //當數量更新失敗了 if($source1 == true){ $tips = fasle; } } echo "恭喜您搶到了商品"; $conn->close(); ~~~ 我們看到，首先我們會給一個標識位為true，就是只有不滿足條件的時候才退出，也就是只有用戶搶到了，才結束掉本次請求。如果沒有搶到，程序會不斷的請求，讓當前的用戶去搶，這就是自旋鎖，實際上，就是用了一個循環，不端的去請求，當然了，也可以用遞歸，但是本質都是相同的，都是循環。但是上面的程序有個問題，如果用戶一直沒有搶到，程序就會一直執行，如果請求數量巨大，就會發生大量的timeout，我們能不能像個辦法，提前結束掉循環呢？程序如下： ~~~ // 連接數據庫 $conn = new mysqli(xxxx); $tips = true; $count = 5; while($tips){ //查詢當前的數量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遺憾，商品被搶光了"; $tips = false; exit; } //當前的版本 $version = $row['version']; //更新數據庫的數量 $sql1 = "update good_nums set nums=nums-1,version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); //當數量更新失敗了 if($source1 == true){ $tips = fasle; } $count--; if($count <= 0){ $tips = false; } } echo "恭喜您搶到了商品"; $conn->close(); ~~~ 上面的程序，我們給程序增加了一個count值，當程序執行超過了限定，我們就會釋放掉本次循環，需要說明的是，這不是自旋鎖的概念，只是為了優化請求，才這么寫的，為的是保證程序不超時。自旋鎖如果按照簡拼來說，通常被叫做CAS。面試的時候，如果被問題到CAS是什么，一定要知道，指代的是自旋鎖。但是上面的自旋鎖還是有缺點的，就是在未加count的控制的時候，程序會不斷地循環，會給CPU造成多余的計算能力，為了解決這個問題，對于自旋鎖又提出了其他的實現方法，如果有興趣可以自行百度。一般來說，自旋鎖的概念多在Java 面試中提及，因為Java本身支持鎖操作，也支持多線程，可以利用多線程對自旋鎖進行優化，但是本質都是一樣的，即循環搶占鎖。 # 悲觀鎖悲觀鎖，顧名思義，就是很悲觀，在每次操作的時候，都認為別人已經進行了修改，所以，每次去拿數據的時候都會先進行加鎖操作，防止其他人搶占資源。接下來，將使用給文件加鎖的形式實現悲觀鎖。代碼如下： ~~~ <?php $file = "/home/work/abc.txt"; //給文件加鎖 if(flock($file,LOCK_EX|LOCK_NB)){ //這里表示搶占到了鎖，可以執行業務邏輯了 //todo ..... //執行完成之后，記得要釋放掉鎖 flock($file, LOCK_UN); }else{ echo "很不好意思，您沒有搶到鎖"; } ~~~ 通過上面的代碼，我們就很容易理解悲觀鎖，當請求過來的時候，我們先將文件鎖定，搶占到這個資源，如果于此同時再有其他到請求過來，他們沒有搶占到鎖，其他的任務都會失敗。只有等待搶占鎖的任務成功釋放掉鎖之后，其他的任務才可以繼續搶占鎖從而繼續任務。當然了，我這里寫的代碼是直接告訴用戶 # 樂觀鎖和悲觀鎖的對比通過上面樂觀鎖和悲觀鎖的例子，我們就很容易理解了。樂觀鎖保持樂觀的態度，不會一進來就認為別人動了自己的資源，只有更新的時候，才會檢查一下，如果此時發現被別人更改過了，那么就直接返回失敗，樂觀鎖適用于讀多寫少的場景，我們想，如果一個任務需要大量的更新，使用了樂觀鎖，那么大部分任務不都將失敗了嗎？所以要考慮好場景再使用。悲觀鎖是保持悲觀的態度，一進來就先將資源占有起來，只有自己的任務全部完成之后，才釋放資源。當然了，最后一點，最重要的是理解悲觀鎖和樂觀鎖是一種思想，也就是不局限于任何形式的實現。原文：http://www.hmoore.net/missyou/interview/2234864