Spring Boot2+JPA之悲观锁和乐观锁实战

前言

大量的请求,或者同时的操作,容易导致系统在业务上发生并发的问题. 通常讲到并发,解决方案无非就是前端限制重复提交,后台进行悲观锁或者乐观锁限制.

悲观锁与并发
悲观锁（Pessimistic Lock），顾名思义，就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到解锁，可以理解为独占锁。在java中synchronized和ReentrantLock重入锁等锁就是悲观锁，数据库中表锁、行锁、读写锁等也是悲观锁。

利用SQL的for update解决并发问题

行锁就是操作数据的时候把这一行数据锁住，其他线程想要读写必须等待，但同一个表的其他数据还是能被其他线程操作的。只要在需要查询的sql后面加上for update，就能锁住查询的行，特别要注意查询条件必须要是索引列，如果不是索引就会变成表锁，把整个表都锁住。

public interface ArticleRepository extends JpaRepository<Article, Long> {
    @Query(value = "select * from article a where a.id = :id for update", nativeQuery = true)
    Optional<Article> findArticleForUpdate(Long id);
}

利用JPA的@Lock行锁注解解决并发问题
如果说for update的做法太原始,那么JPA有提供一个更加优雅的方法,就是@Lock注解 .

为Repository添加JPA的锁方法，其中LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE参数就是行锁。

关于LockModeType这个类型,可以在这找到文档 https://docs.oracle.com/javaee/7/api/javax/persistence/LockModeType.html

NONE: No lock.
OPTIMISTIC: Optimistic lock.
OPTIMISTIC_FORCE_INCREMENT: Optimistic lock, with version update.
PESSIMISTIC_FORCE_INCREMENT: Pessimistic write lock, with version update.
PESSIMISTIC_READ: Pessimistic read lock.
PESSIMISTIC_WRITE: Pessimistic write lock.
READ: Synonymous with OPTIMISTIC.
WRITE: Synonymous with OPTIMISTIC_FORCE_INCREMENT.

public interface ArticleRepository extends JpaRepository<Article, Long> {
 
    @Lock(value = LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE)
    @Query("select a from Article a where a.id = :id")
    Optional<Article> findArticleWithPessimisticLock(Long id);
}

如果是@NameQuery,则可以

@NamedQuery(name="lockArticle",query="select a from Article a where a.id = :id",lockMode = PESSIMISTIC_READ)
public class Article

如果用entityManager的方式,则可以设置LocakMode:

 Query query = entityManager.createQuery("from Article where articleId = :id");
	query.setParameter("id", id);
	query.setLockMode(LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE);
	query.getResultList();

乐观锁与并发
乐观锁（Optimistic Lock）,顾名思义,就是很乐观,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁，但是在提交更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去修改。所以悲观锁是限制其他线程，而乐观锁是限制自己，虽然他的名字有锁，但是实际上不算上锁，通常为version版本号机制,还有CAS算法 .

利用version字段解决并发问题
版本号机制就是在数据库中加一个字段version当作版本号。那么获取Article的时候就会带一个版本号，比如version=1，然后你对这个Article一波操作，操作完之后要插入到数据库了。校验一下version版本号，发现在数据库里对应Article记录的version=2，这和我手里的版本不一样啊，说明提交的Article不是最新的，那么就不能update到数据库了,进行报错把,这样就避免了并发时数据冲突的问题。

public interface ArticleRepository extends JpaRepository<Article, Long> {
    @Modifying
    @Query(value = "update article set content= :content, version = version + 1 where id = :id and version = :version", nativeQuery = true)
    int updateArticleWithVersion(Long id, String content, Long version);
}


public void postComment(Long articleId, String content) {
	//get article
    Optional<Article> articleOptional = articleRepository.findById(articleId);
    //update with Optimistic Lock
    int count = articleRepository.updateArticleWithVersion(article.getId(), content, article.getVersion());
 	
    if (count == 0) {
        throw new RuntimeException("更新数据失败,请刷新重试");
    }else{
    	articleRepository.save(article);
    }
 
} 

利用JPA的@Version版本机制解决并发问题
有没有更优雅的方式? 当然,必须有,那就是JPA自带的@Version方式实现乐观锁。

each entity class must have only one version attribute .每个实体类只能有一个@Version字段,不能多
it must be placed in the primary table for an entity mapped to several tables . 对于映射到多个表的实体，必须将其放置在主表中
type of a version attribute must be one of the following: int, Integer, long, Long, short, Short, java.sql.Timestamp ,
@Version支持的类型必须是以下类型:

int
Integer
long
Long
short
Short
java.sql.Timestamp
首先在Article实体类的version字段上加上@Version注解

@Data
@Entity
public class Article{
 
    @Id
    private Long id;
 	
 	//......
 	
    @Version
    private Integer version;
 
}

Article article = entityManager.find(Article.class, id);

entityManager.lock(article , LockModeType.OPTIMISTIC);

entityManager.refresh(article , LockModeType.READ); 

什么时候用悲观锁或者乐观锁
悲观锁适合写多读少的场景。因为在使用的时候该线程会独占这个资源，就适合用悲观锁，否则用户只是浏览文章的话，用悲观锁就会经常加锁，增加了加锁解锁的资源消耗。

乐观锁适合写少读多的场景。由于乐观锁在发生冲突的时候会回滚或者重试，如果写的请求量很大的话，就经常发生冲突，结合事务会有经常的回滚和重试，这样对系统资源消耗也是非常大。

所以悲观锁和乐观锁没有绝对的好坏，必须结合具体的业务情况来决定使用哪一种方式。另外在阿里巴巴开发手册里也有提到：

如果每次访问冲突概率小于 20%，推荐使用乐观锁，否则使用悲观锁。乐观锁的重试次数不得小于3次。

阿里巴巴建议以冲突概率20%这个数值作为分界线来决定使用乐观锁和悲观锁，虽然说这个数值不是绝对的，但是作为阿里巴巴各个大佬总结出来的也是一个很好的参考。