MySQL事务与并发之：乐观锁与悲观锁的实现
大家好，今天我们来深入探讨MySQL事务并发控制中两种重要的锁机制：乐观锁和悲观锁。我们将从理论基础出发，结合实际的MySQL代码示例，详细讲解它们的原理、实现方式以及适用场景。
1. 并发控制的必要性
在多用户并发访问数据库时，如果没有适当的并发控制机制，很容易出现以下问题：
- 丢失更新（Lost Update）： 多个事务同时读取同一数据并修改，后提交的事务覆盖了先提交的事务的修改。
- 脏读（Dirty Read）： 一个事务读取了另一个未提交事务修改的数据。如果未提交的事务随后回滚，那么读取的数据就是无效的。
- 不可重复读（Non-Repeatable Read）： 在同一事务中，多次读取同一数据，由于其他事务的修改和提交，导致每次读取的结果不一致。
- 幻读（Phantom Read）： 在同一事务中，多次执行同一查询，由于其他事务的插入或删除操作，导致每次查询的结果集不一致。
为了解决这些问题，我们需要采用并发控制机制，而锁机制是并发控制的核心手段之一。
2. 锁机制概述
锁是一种同步机制，用于控制对共享资源的访问。当一个事务持有锁时，其他事务可能需要等待才能访问该资源。根据锁的粒度和锁定策略，锁可以分为多种类型。
3. 悲观锁（Pessimistic Locking）
3.1 概念
悲观锁认为在并发环境下，数据被其他事务修改的概率很高，因此在读取数据时就立即加锁，防止其他事务修改该数据。只有当持有锁的事务完成并释放锁后，其他事务才能访问该数据。
3.2 实现方式
在MySQL中，悲观锁主要通过SELECT ... FOR UPDATE语句实现。
3.3 示例
假设我们有一个products表，包含以下字段：
id：商品ID（主键）name：商品名称stock：库存数量
CREATE TABLE products (
id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
name VARCHAR(255) NOT NULL,
stock INT NOT NULL
);
INSERT INTO products (name, stock) VALUES ('Product A', 10);现在，我们希望减少商品Product A的库存。使用悲观锁的代码如下：
-- 开启事务
START TRANSACTION;
-- 使用 SELECT ... FOR UPDATE 语句获取锁
SELECT stock FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 检查库存是否足够
SET @stock = (SELECT stock FROM products WHERE id = 1);
IF @stock > 0 THEN
-- 更新库存
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
SELECT '库存更新成功' AS result;
ELSE
SELECT '库存不足' AS result;
END IF;
-- 提交事务
COMMIT;
-- 如果出现错误，可以回滚事务
-- ROLLBACK;解释：
START TRANSACTION;：开启一个新的事务。SELECT stock FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;：这条语句是悲观锁的关键。它会锁定products表中id为1的记录。其他事务如果尝试使用SELECT ... FOR UPDATE语句访问同一记录，将会被阻塞，直到当前事务完成并释放锁。SET @stock = (SELECT stock FROM products WHERE id = 1);：获取当前库存数量。IF @stock > 0 THEN ... END IF;：判断库存是否足够，如果足够则更新库存。UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;：更新库存数量。COMMIT;：提交事务，释放锁。
3.4 优点
- 保证数据的一致性：由于在读取数据时就加锁，可以避免其他事务修改数据，从而保证数据的一致性。
- 实现简单：
SELECT ... FOR UPDATE语句使用简单，易于理解和实现。
3.5 缺点
- 并发性能较低：由于在读取数据时就加锁，会导致其他事务阻塞，降低并发性能。
- 可能导致死锁：如果多个事务互相等待对方释放锁，可能会导致死锁。
3.6 死锁示例
假设有两个事务，分别执行以下操作：
事务 1：
START TRANSACTION;
SELECT stock FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;
SELECT stock FROM products WHERE id = 2 FOR UPDATE; -- 等待事务 2 释放锁事务 2：
START TRANSACTION;
SELECT stock FROM products WHERE id = 2 FOR UPDATE;
SELECT stock FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 等待事务 1 释放锁在这种情况下，事务 1 正在等待事务 2 释放 id = 2 的锁，而事务 2 正在等待事务 1 释放 id = 1 的锁，从而导致死锁。
3.7 如何避免死锁
- 避免循环依赖： 保证事务以相同的顺序访问资源。在上面的例子中，可以确保所有事务都先访问
id = 1的记录，再访问id = 2的记录。 - 设置锁超时时间： 当事务等待锁的时间超过设定的超时时间时，自动放弃锁，避免长时间阻塞。可以通过
innodb_lock_wait_timeout参数设置。 - 使用更细粒度的锁： 尽量减少锁的范围，避免锁住不必要的资源。
- 尽量缩短事务的持有锁时间： 尽快完成事务，释放锁，减少其他事务的等待时间。
4. 乐观锁（Optimistic Locking）
4.1 概念
乐观锁认为在并发环境下，数据被其他事务修改的概率很低，因此在读取数据时不会加锁。而是在更新数据时，检查数据是否被其他事务修改过。如果数据没有被修改过，则更新数据；否则，更新失败。
4.2 实现方式
乐观锁通常通过版本号或时间戳来实现。
4.2.1 基于版本号的乐观锁
在表中增加一个版本号字段，每次更新数据时，版本号加1。在更新数据时，检查当前版本号是否与读取时的版本号一致。
4.2.2 基于时间戳的乐观锁
在表中增加一个时间戳字段，每次更新数据时，更新时间戳。在更新数据时，检查当前时间戳是否与读取时的时间戳一致。
4.3 示例
假设我们仍然使用products表，并增加一个version字段：
ALTER TABLE products ADD COLUMN version INT NOT NULL DEFAULT 0;基于版本号的乐观锁的代码如下：
-- 开启事务
START TRANSACTION;
-- 读取数据和版本号
SELECT stock, version FROM products WHERE id = 1;
-- 检查库存是否足够
SET @stock = (SELECT stock FROM products WHERE id = 1);
SET @version = (SELECT version FROM products WHERE id = 1);
IF @stock > 0 THEN
-- 更新库存和版本号
UPDATE products SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = 1 AND version = @version;
-- 检查更新是否成功
IF ROW_COUNT() > 0 THEN
SELECT '库存更新成功' AS result;
ELSE
SELECT '库存更新失败，数据已被修改' AS result;
-- 回滚事务
ROLLBACK;
END IF;
ELSE
SELECT '库存不足' AS result;
END IF;
-- 提交事务
COMMIT;
-- 如果出现错误，可以回滚事务
-- ROLLBACK;解释：
START TRANSACTION;：开启一个新的事务。SELECT stock, version FROM products WHERE id = 1;：读取products表中id为1的记录的stock和version。SET @stock = (SELECT stock FROM products WHERE id = 1);和SET @version = (SELECT version FROM products WHERE id = 1);：获取库存和版本号。IF @stock > 0 THEN ... END IF;：判断库存是否足够，如果足够则尝试更新库存。UPDATE products SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = 1 AND version = @version;：更新库存和版本号。关键在于WHERE version = @version条件。 只有当当前版本号与读取时的版本号一致时，才能成功更新数据。IF ROW_COUNT() > 0 THEN ... END IF;：检查更新是否成功。ROW_COUNT()函数返回受影响的行数。如果更新成功，ROW_COUNT()的值为1；否则，值为0，表示数据已被其他事务修改。COMMIT;：提交事务。如果更新失败，需要回滚事务，并通知用户稍后重试。
4.4 优点
- 并发性能较高：由于在读取数据时不需要加锁，可以提高并发性能。
- 避免死锁：由于不需要加锁，可以避免死锁。
4.5 缺点
- 可能存在更新失败：如果多个事务同时修改同一数据，只有一个事务能够成功更新，其他事务需要重试。
- 实现复杂：需要额外的版本号或时间戳字段，并且需要在更新数据时进行版本号或时间戳的检查。
- 可能造成大量重试：在高并发环境下，可能存在大量的更新失败和重试，影响性能。
4.6 适用场景
乐观锁适用于读多写少的场景，即并发更新的概率较低的场景。
5. 乐观锁与悲观锁的比较
| 特性 | 悲观锁 | 乐观锁 |
|---|---|---|
| 加锁时机 | 在读取数据时加锁 | 在更新数据时检查是否被修改 |
| 并发性能 | 较低 | 较高 |
| 死锁 | 可能导致死锁 | 不会导致死锁 |
| 实现复杂度 | 简单 | 复杂 |
| 适用场景 | 写多读少的场景，并发冲突概率较高的场景 | 读多写少的场景，并发冲突概率较低的场景 |
| 一致性 | 强制保证数据一致性，更新前必须获得锁 | 不强制保证数据一致性，依赖于版本号或时间戳机制，如果数据被修改，则更新失败，需要重试。 |
6. 如何选择乐观锁和悲观锁
- 并发冲突概率： 如果并发冲突的概率很高，建议使用悲观锁，以保证数据的一致性。如果并发冲突的概率很低，建议使用乐观锁，以提高并发性能。
- 性能要求： 如果对性能要求较高，建议使用乐观锁，因为乐观锁不需要加锁，可以提高并发性能。
- 业务场景： 根据具体的业务场景选择合适的锁机制。例如，在金融交易等对数据一致性要求极高的场景，建议使用悲观锁。在秒杀等高并发场景，可以考虑使用乐观锁，并结合其他优化手段，例如限流、缓存等。
7. 总结：选择合适的锁机制
乐观锁和悲观锁是MySQL事务并发控制中两种重要的锁机制。悲观锁通过在读取数据时加锁来保证数据的一致性，适用于写多读少的场景。乐观锁通过在更新数据时检查版本号或时间戳来保证数据的一致性，适用于读多写少的场景。选择合适的锁机制需要根据具体的业务场景和性能要求进行权衡。
8. 扩展：结合其他并发控制手段
除了乐观锁和悲观锁，还可以结合其他并发控制手段来提高并发性能和保证数据一致性，例如：
- MVCC（多版本并发控制）： MySQL InnoDB存储引擎默认使用MVCC机制，通过维护多个版本的数据，可以实现非阻塞的读操作，提高并发性能。
- 行级锁： 尽量使用行级锁，减少锁的范围，避免锁住不必要的资源。
- 合理的事务隔离级别： 选择合适的事务隔离级别，可以根据业务需求在数据一致性和并发性能之间进行权衡。
希望今天的分享能帮助大家更好地理解和应用MySQL的锁机制。谢谢大家。