乐观锁悲观锁 · zsq_php小知识

# 什么是锁？如果从日常生活中理解什么是锁，很好理解，每个人家门上都有锁，用来防止他人窃取自家财产。但是在计算机中，锁的概念稍有不同，在计算机中只有涉及到资源竞争的时候，才会用到锁。比如在单线程中，不需要用到锁，资源都是顺序化被持有，不存在竞争。但是在多线程中，同时会有多个请求需要同一个资源，这个时候，就需要进行加锁操作，一个线程获取到锁之后，其他的线程只有等待资源被释放才能接着执行。 # 锁的作用锁本质是为了保证串行，比如在购买订单的时候，同时涌入大量的请求，如何保证商品不多卖以及不少卖，保证数据的准确性，这个时候就要用锁来控制并发，让本来并行执行的问题转换为串行执行。 # 锁的分类说到锁的分类，在各种文章以及研究中都提供了不同的分类，比较繁杂，但是如果从思想上来说，总体来说分为两类，一类是悲观锁，一类是乐观锁。 # 乐观锁乐观锁是相对于悲观锁而言，乐观锁机制采用了更加宽松的加锁机制。乐观锁字如其名，就是持有比较乐观的态度。就是假设认为数据一般情况下不会造成冲突，所以在数据进行提交更新的时候，才会正式对数据的冲突与否进行检测，如果发现冲突了，则给用户返回错误信息，让用户决定如何去做。乐观锁的实现也比较简单，就是使用数据版本version记录机制实现。接下来，我们利用mysql数据库来实现一下乐观锁，但是这里要特别注意，第一点，mysql本身并没有提供实现乐观锁，而且也没有乐观锁这个概念，mysql的锁都是悲观锁，那么我们就懂了，乐观锁是一种思想，使用其他的所有方式都可以实现，只要实现了这个思想的，都叫乐观锁。比如可以使用文件，使用redis都可以实现。我们首先建立一张表叫good\_num货物表。创建表的语句如下所示 ~~~ 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 | 数量 | | version | 版本 | 接下来我们给表增加一条记录。 ~~~ INSERT INTO good_amount (name,nums,version) VALUES('张三',100,1) ~~~ 目前记录如下所示： | id | name | nums | version | | --- | --- | --- | --- | | 1 | 张三 | 100 | 1 | OK，基本情况我们已经构建完成。那么现在我们假定有这么一个需求，用户每买一笔，就要把数量减少1个。理想情况下，如果用户一个一个来去购买的话，我们的数量会按照情况去一个一个减少。但是这仅仅是理想情况，实际情况是，用户会同时涌入来购买，在这种情况下，数量的减少根本无法保障。我们看一下在未使用锁的情况下，是如何实现程序的，这也是初级程序员最常写的代码如下所示： ~~~ <?php //连接数据库 $conn = new mysqli_connect(xxxxx); //查询当前的数量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遗憾，商品被抢光了"; exit; } //将当前的数量减少1 $nums = $row['nums'] - 1; $sql1 = "update good_nums set nums=".$nums." where id=1"; $source1 = $conn->query($sql1); ~~~ 通过上面的代码可以很明显的理解，当大量的请求同时涌来的时候，程序在同一时间可能同时读到当前数量为100，那么每个用户可能都抢到了物品，但是数据库记录数到最后居然是99，然而此时可能已经卖了1千个了。此时就发生了超卖的问题。那么如果此时使用乐观锁，就很容解决这个问题了。代码如下所示： ~~~ // 连接数据库 $conn = new mysqli(xxxx); //查询当前的数量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遗憾，商品被抢光了"; exit; } //给当前的数量减少1 $nums = $row['nums'] - 1; //当前的版本 $version = $row['version']; //更新数据库的数量 $sql1 = "update good_nums set nums=".$nums.",version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); if(!$source1){ echo "您未抢到本商品，请继续努力"; } $conn->close(); ~~~ 可以对比现在的程序，比之前的程序多增加了一个version的条件控制，对的，这就是乐观锁的精髓所在。我们现在来模拟一下用户的请求。当第一个用户涌进来，他拿到的货物数量为100，此时拿到的version为1。当第二个用户涌进来，他此时拿到的货物数量也为100，此时的version为1。还有第三个，第四个，都是同样的情况。此时，第一个用户的请求去更新数据库，他更新的条件，是version必须等于刚刚拿到1，此时数据库的version还未更新，于是他将这条记录更新成功，nums数量成功减少为99，并且于此同时，将version更新为2。那么第二个用户也去执行这个条件，数据库此时去检查发现version居然不是1了，于是这个条件不成立，此时这条sql就会执行失败，然后告诉用户你没有抢到。一直第三个，第四个用户都是如此。只有第n个用户可能拿到新的version，并且可能成功更新。上面就是乐观锁的完整实现，当前了，上面我们写的程序还有问题，下面是一个正确的程序。 ~~~ // 连接数据库 $conn = new mysqli(xxxx); //查询当前的数量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遗憾，商品被抢光了"; exit; } //当前的版本 $version = $row['version']; //更新数据库的数量 $sql1 = "update good_nums set nums=nums-1,version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); if(!$source1){ echo "您未抢到本商品，请继续努力"; } $conn->close(); ~~~ 仔细对比就会发现，之前我们是用程序去减少的数量1，但是现在的代码是让数据库去自动减少1。这个也是比较关键的一点，在高并发的情况下，请记住一定要如此写，不然可能会发生不可想像的错误。在很多时候，如果面试官继续深究，他就会问你，如果大量的用户同时涌入，上面的程序只能保证少数人能拿到商品啊，可能100个用户同时涌入，到最后，只卖了10个，但是公司又想这100都卖掉，这个时候咋办？这个时候我们就引入了自旋锁的概念。这个概念如果第一次听说，就会有点蒙，啥是自旋，怎么自旋，好，带着这个问题，我们回到刚刚100个人来抢，可能只卖了10个问题。我们想，既然用户会发生更新失败的问题，我们为啥不如让用户等待一下，重新获取一遍新的值，然后让用户抢到呢？对的，这就是自旋锁了。程序如下： ~~~ // 连接数据库 $conn = new mysqli(xxxx); $tips = true; while($tips){ //查询当前的数量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遗憾，商品被抢光了"; $tips = false; exit; } //当前的版本 $version = $row['version']; //更新数据库的数量 $sql1 = "update good_nums set nums=nums-1,version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); //当数量更新失败了 if($source1 == true){ $tips = fasle; } } echo "恭喜您抢到了商品"; $conn->close(); ~~~ 我们看到，首先我们会给一个标识位为true，就是只有不满足条件的时候才退出，也就是只有用户抢到了，才结束掉本次请求。如果没有抢到，程序会不断的请求，让当前的用户去抢，这就是自旋锁，实际上，就是用了一个循环，不端的去请求，当然了，也可以用递归，但是本质都是相同的，都是循环。但是上面的程序有个问题，如果用户一直没有抢到，程序就会一直执行，如果请求数量巨大，就会发生大量的timeout，我们能不能像个办法，提前结束掉循环呢？程序如下： ~~~ // 连接数据库 $conn = new mysqli(xxxx); $tips = true; $count = 5; while($tips){ //查询当前的数量 $sql = "SELECT * from good_nums where id =1"; $source = $conn->query($sql); $row = $source->fetch_assoc(); if($row['nums'] <= 0){ echo "很遗憾，商品被抢光了"; $tips = false; exit; } //当前的版本 $version = $row['version']; //更新数据库的数量 $sql1 = "update good_nums set nums=nums-1,version=version+1 where id=1 and version=".$version; $source1 = $conn->query($sql1); //当数量更新失败了 if($source1 == true){ $tips = fasle; } $count--; if($count <= 0){ $tips = false; } } echo "恭喜您抢到了商品"; $conn->close(); ~~~ 上面的程序，我们给程序增加了一个count值，当程序执行超过了限定，我们就会释放掉本次循环，需要说明的是，这不是自旋锁的概念，只是为了优化请求，才这么写的，为的是保证程序不超时。自旋锁如果按照简拼来说，通常被叫做CAS。面试的时候，如果被问题到CAS是什么，一定要知道，指代的是自旋锁。但是上面的自旋锁还是有缺点的，就是在未加count的控制的时候，程序会不断地循环，会给CPU造成多余的计算能力，为了解决这个问题，对于自旋锁又提出了其他的实现方法，如果有兴趣可以自行百度。一般来说，自旋锁的概念多在Java 面试中提及，因为Java本身支持锁操作，也支持多线程，可以利用多线程对自旋锁进行优化，但是本质都是一样的，即循环抢占锁。 # 悲观锁悲观锁，顾名思义，就是很悲观，在每次操作的时候，都认为别人已经进行了修改，所以，每次去拿数据的时候都会先进行加锁操作，防止其他人抢占资源。接下来，将使用给文件加锁的形式实现悲观锁。代码如下： ~~~ <?php $file = "/home/work/abc.txt"; //给文件加锁 if(flock($file,LOCK_EX|LOCK_NB)){ //这里表示抢占到了锁，可以执行业务逻辑了 //todo ..... //执行完成之后，记得要释放掉锁 flock($file, LOCK_UN); }else{ echo "很不好意思，您没有抢到锁"; } ~~~ 通过上面的代码，我们就很容易理解悲观锁，当请求过来的时候，我们先将文件锁定，抢占到这个资源，如果于此同时再有其他到请求过来，他们没有抢占到锁，其他的任务都会失败。只有等待抢占锁的任务成功释放掉锁之后，其他的任务才可以继续抢占锁从而继续任务。当然了，我这里写的代码是直接告诉用户 # 乐观锁和悲观锁的对比通过上面乐观锁和悲观锁的例子，我们就很容易理解了。乐观锁保持乐观的态度，不会一进来就认为别人动了自己的资源，只有更新的时候，才会检查一下，如果此时发现被别人更改过了，那么就直接返回失败，乐观锁适用于读多写少的场景，我们想，如果一个任务需要大量的更新，使用了乐观锁，那么大部分任务不都将失败了吗？所以要考虑好场景再使用。悲观锁是保持悲观的态度，一进来就先将资源占有起来，只有自己的任务全部完成之后，才释放资源。当然了，最后一点，最重要的是理解悲观锁和乐观锁是一种思想，也就是不局限于任何形式的实现。原文：https://www.kancloud.cn/missyou/interview/2234864