MySQL乐观锁与悲观锁

2024-01-23 21:57 由小松聊PHP进阶发表于 #数据库

说明

遇见并发情况，需要保证数据的准确性，也就是与正确的预期一致，此时就会用到锁。
锁是在并发下控制程序的执行逻辑，以此来保证数据按照预期变动。
如果不加锁，并发情况下的可能数据不一致的情况，这是个概率问题。

乐观锁CAS

简介

乐观锁很乐观，假设数据一般情况不会造成冲突，属于程序层面的逻辑锁，在数据进行更新时，才进行锁的检测。是通过添加一个版本号的方式实现的，每当数据这一行所在的数据发生变化，则对应的版本号+1，更新数据时，将版本号作为查询条件。
至于是否要加事务，看写操作单条数据还是写操作多条数据。

注意：网上很多解决方案用时间戳来做version字段，我持反对意见，并发可能是一瞬间的事，不到一秒就有好多请求，用时间戳粒度太大，用随机字符串都比用这个强。

用法

#示例
update test set score = score + 1 where id = 1
#优化为，这种简单，但是会有ABA的问题：
select score as old_score from test where id  = 1;
update test set score = score + 1 where id = 1 and score = old_score;
#或者添加一个version字段，这种不存在ABA的问题
select version from test where id  = 1;
update test set score = score + 1 where id = 1 and version = version;

适用场景

读多写少：由于并发写操作较少，乐观锁的修改数据受影响行数为0概率也较低。
允许一定量的重试或不需要重试的场景：这个要根据业务，否则来回重试会降低性能。

优点

实现简单：乐观锁在代码上就可以实现，不需要额外对数据库额外操作。
无死锁风险：悲观锁有死锁风险，乐观锁没有。
无需重试情况下，性能较高：乐观锁机制在并发访问情况下，不需要像悲观锁那样阻塞其他事务，提供了更高的并发性能，前提当前业务需求能容忍写操作失败的情况。

缺点

并发冲突：多加了一个where条件，只能保证数据最终不会出错，不能保证每条写操作的SQL都执行成功（也就是受影响行数>0）。
不提供强一致性：强一致性要求数据的状态在任何时刻都保持一致，悲观锁是到写操作那一步才去验证，期间只是做了个where条件的过滤。
ABA问题：一个字段的值在请求X中查询出来是A，后续代码实现乐观锁，因为并发量大，同时过来一个Y请求，将A值改成了B，因为一些业务原因又改成了A，整个过程虽然不影响请求X的结果，且能正常执行，但是联合其它数据，这个情况是否符合业务场景，不好说，所以最好的解决方案，就是专门做一个version字段，且不会与之前的version重复，即可，把这个version字段作为where条件，而不是存A或者B字段的所在字段作为where条件。

悲观锁

简介

悲观锁比较悲观，假设数据一定会造成冲突，属于MySQL层面的锁。通过加锁阻塞其他事务，悲观锁可以保证在任何时刻，只有一个事务能够修改或访问共享资源，从而实现了强一致性。这意味着在悲观锁机制下，每个事务的读写操作都是有序、线性的。
需要事务的参与。

用法

在事务中的查询语句添加for update即可。

如果此时执行了三行内容没有commit，再次执行update test set score = score + 1 where id = 1;则处于阻塞状态，需要等commit之后，才能执行。
start transaction;
select * from test where id = 1 for update;
update test set score = score + 1 where id = 1;
commit;

适用场景

写多写操作的前提，是保证数据不出错，悲观锁的机制很符合。

优点

强一致性：基于事务又加锁，一致性可以保证。
实现简单：在事务中for update即可，开发者不需要在这上面关注太多。

缺点

死锁风险：悲观锁在使用不当的情况下可能导致死锁。如果多个事务持有锁并相互等待对方释放锁的情况发生，就可能发生死锁。
性能较低：悲观锁通常需要在整个事务过程中锁定资源，这可能导致其他事务阻塞。

模拟实现

前置准备

#创建一个非常简单的表，并插入一条数据
CREATE TABLE `test` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `score` int(11) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_unicode_ci;

INSERT INTO `test` (`id`, `score`) VALUES (1, 0);

需求模拟

查询test表id为1的数据，检测到score值为0，则自增，否则终止。

不加锁实现

为了提升性能，使用了原生PDO操作MySQL去实现。

//连接数据库
$pdo = new \PDO("mysql:host=127.0.0.1;port=3306;dbname=temp;", 'root', 'root');
$pdo->setAttribute(\PDO::ATTR_ERRMODE,\PDO::ERRMODE_EXCEPTION);
$pdo->query('set names utf8mb4');

//查询
$query = $pdo->query('select score from test');
$query->setFetchMode(\PDO::FETCH_ASSOC);
$res = $query->fetchALL();


if($res[0]['score'] == 0) {
    $res = $pdo->exec('update test set score = score + 1 where id = 1');
    var_dump($res);
}

并发模拟

用ab压测，发现效果不明显，可能是ab工具不够力或者电脑线程数量太少导致。
这里用的是ApiPost的压测工具。500个并发去多次压测一轮，发现score值是3，证明确实因为并发造成了与预期结果不一致的情况。

乐观锁解决方案（忽略ABA问题）

#将sql改为如下所示，实测多次，score最大值是1
#注意这种行为，只能保证score的值最大是1，无法保证执行这个SQL的时候，受影响行数>0
update test set score = score + 1 where id = 1 and score = 0

悲观锁解决方案

$pdo = new \PDO("mysql:host=127.0.0.1;port=3306;dbname=temp;", 'root', 'root');
$pdo->setAttribute(\PDO::ATTR_ERRMODE,\PDO::ERRMODE_EXCEPTION);
$pdo->query('set names utf8mb4');

$redis = new Redis;
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

try {
    $pdo->beginTransaction();

    $stmt = $pdo->prepare("select * from test where id = 1 for update");
    $stmt->execute();
    $res = $stmt->fetch(PDO::FETCH_ASSOC);

    if($res['score'] == 0) {
        $stmt = $pdo->prepare("UPDATE test SET score = (score + 1) where id  = 1");
        $stmt->execute();
        $pdo->commit();
        $redis->incr('commit');
    } else {
        $redis->incr('rollback');
        $pdo->rollBack();
    }
} catch (PDOException $e) {
    $pdo->rollBack();
}

// 关闭数据库连接
$pdo = null;

500个并发压测一轮，查看redis数据，commit数量为1，其余499全部都是rollback，这么多的回滚不代表大错特错（演示效果），而是因为第一个事务执行成功后，再执行其它事务，正因为一个一个排队，就不会出现同时读取多个score值为0的情况了。

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