一个悲观锁和乐观锁的小白故事

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在大型分布式系统中,不可避免的会遇到大量并发写入的场景。在这种场景下如何进行更好的并发控制,即在多个任务同时存取数据时保证数据的一致性,成为分布式系统必须解决的问题。
小程序


悲观并发控制和乐观并发控制是并发控制中采用的主要技术手段,对于不一样的业务场景,应该选择不一样的控制方法也让开发者头疼,今天让经过一个故事(来源:荒唐的程序猿),讲解下其原理和优劣势。缓存


搬好板凳,故事立刻开始了。服务器


架构

并发

旺财和小强生活在一个网上商城的系统中, 是一对儿线程好基友。 app


星期一刚上班,旺财接到领导电话说,要把一个商品的库存减小20, 旺财不敢怠慢,赶快把库存取出来一看,哦,如今有1000个。分布式


与此同时,小强也接到电话说要把同一商品的库存减小30,他一看,哦,如今有1000个。高并发


旺财计算出最新的库存值980,保存!性能


小强也计算出最新的库存值970,保存 !  学习


旺财的数据被小强覆盖了!


领导一看,原本卖出了50个商品,如今库存只扣了30个,这样持续下去就天下大乱了。 


旺财和小强,各打二十大板,长长记性!


小强说:“哥,要不咱们仍是想个办法吧,再这样下去要被打死的。”


旺财悲催地说: “这样, 之后咱们每次访问库存以前,都要先加锁,加了锁,就禁止别人再进入访问,只能等待持有锁的人来释放。”


星期二, 领导让旺财再次把库存减小20 , 旺财此次万分当心,先把库存给锁住,而后慢慢修改。 


小强也接到了把库存减小的指令, 可是旺财哥已经把库存锁住了, 不能操做,小强只好去阻塞车间喝茶聊天,而后到就绪车间等待调度运行。 


好不容易等到能够再次执行了,小强一看,这库存怎么还锁着呢!?只好再次去阻塞车间喝茶。 


领导一看,小强你怎么回事,总是喝茶聊天?还干不干活了?


小强争辩说旺财哥一直锁着库存,我无法操做。

领导无论这些,把小强和旺财又打了二十大板。 


备注:这种加锁的方式就是悲观锁了,悲观锁正如其名,每次取读写数据时候总认为数据会被别人修改,因此将数据加锁,置于锁定状态, 不让别人再访问。缺点是若是持有锁的时间太长,其余用户须要等待很长时间。


旺财说: “兄弟,这一次哥对不住你啊,处理得慢了一些,不过哥刚才挨打的时候想了一个好办法:乐观锁。”


小强说:“拉倒吧你,屁股都快被打烂了还乐观?”


“你听我说嘛, 咱们在那个库存字段的旁边,再加上一个版本(version)的字段, 例如刚开始的时候(库存= 1000, 版本=1), 每次你去读的时候不只要读出库存,还要读出版本号, 等到你修改了库存,往回写的时候必定要检查一下版本号,看看和你读的时候是否同样。”


“若是不同呢?”  小强问


“那就放弃此次写的操做,从新读取库存和版本号, 从新来过。”


“若是同样呢? ”


“那就放心大胆地把新的库存值写回去。把版本号也加1”


“我彷佛有点明白了,咱们试试,不过你要想好,我可不想再挨板子了。”


星期三, 旺财奉命把库存减去30, 他先读到了(库存= 1000, 版本=1), 小强也要改库存了,他要把库存减去50,因而他也读到了(库存= 1000, 版本=1)。 


旺财计算出新的库存值970 ,写回成功,如今版本变成了(库存= 970, 版本=2)。 


小强也计算出新库存950 ,也准备写回,他战战兢兢地去看最新的版本号,已经变成版本2了, 按照以前的约定,只好从新读取了。


小强再次读取(库存= 970,版本=2),计算出最新缓存值920(970减去50),再次试图更新,没想到又被别人抢了先,如今版本号已经变成3了 ,最新的数据是(库存= 900,版本=3)。


唉, 只好从新来过, 计算出最新缓存值850(900减去50),第三次终于更新成功了, 最新的库存是 (库存=850, 版本= 4)

领导看到旺财和小强忙得热火朝天,一刻不停,而且库存值也没有乱掉, 满意地点了点头:好同志啊。


备注: 这种方式就是所谓的乐观锁了,旺财和小强此次乐观了一点,以为通常状况下不会有太多人修改库存,因此没有加锁,放心地去操做,只有在最后更新的时候才去看是否冲突。 这种方式适合于冲突很少的场景,若是冲突不少,数据争用激烈,会致使不断地尝试,反而下降了性能。

故事完


两种锁机制总结:


悲观锁(全称Pessimistic Concurrency Control,缩写PCC)是一种并发控制的方法。它能够阻止一个事务以影响其余用户的方式来修改数据。若是一个事务执行的操做读某行数据应用了锁,那只有当这个事务把锁释放,其余事务才可以执行与该锁冲突的操做。


在悲观锁的场景下,假设用户A和B要修改同一个文件,A在锁定文件而且修改的过程当中,B是没法修改这个文件的,只有等到A修改完成,而且释放锁之后,B才能够获取锁,而后修改文件。


由此能够看出,悲观锁对并发的控制持悲观态度,它在进行任何修改前,首先会为其加锁,确保整个修改过程当中不会出现冲突,从而有效的保证数据一致性。但这样的机制同时下降了系统的并发性,尤为是两个同时修改的对象自己不存在冲突的状况。同时也可能在竞争锁的时候出现死锁,因此如今不少的系统例如Kubernetes采用了乐观并发的控制方法。


乐观锁(全称Optimistic Concurrency Control,缩写OCC)假设多用户并发的事务在处理时不会彼此影响,各事务可以在不请求锁的状况下处理各自的数据。在提交数据更新以前,每一个事务会先检查在该事务读取数据后,有没有其余事务又修改了该数据。若是其余事务有更新的话,正在提交的事务会进行回滚。


相对于悲观锁对锁的提早控制,乐观锁相信请求之间出现冲突的几率是比较小的,在读取及更改的过程当中都是不加锁的,只有在最后提交更新时才会检测冲突,所以在高并发量的系统中占有绝对优点。一样假设用户A和B要修改同一个文件,A和B会先将文件获取到本地,而后进行修改。若是A已经修改好而且将数据提交,此时B再提交,服务器端会告知B文件已经被修改,返回冲突错误。此时冲突必须由B来解决,能够将文件从新获取回来,再一次修改后提交。


乐观锁一般经过增长一个资源版本字段,来判断请求是否冲突。初始化时指定一个版本值,每次读取数据时将版本号一同读出,每次更新数据,同时也对版本号进行更新。当服务器端收到数据时,将数据中的版本号与服务器端的作对比,若是不一致,则说明数据已经被修改,返回冲突错误。


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