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大資料量下高併發同步

 對於我們開發的網站,如果網站的訪問量非常大的話,那麼我們就需要考慮相關的併發訪問問題了。而併發問題是絕大部分的程式設計師頭疼的問題,

但話又說回來了,既然逃避不掉,那我們就坦然面對吧~今天就讓我們一起來研究一下常見的併發和同步吧。

   為了更好的理解併發和同步,我們需要先明白兩個重要的概念:同步和非同步

   1、同步和非同步的區別和聯絡

         所謂同步,可以理解為在執行完一個函式或方法之後,一直等待系統返回值或訊息,這時程式是出於阻塞的,只有接收到

        返回的值或訊息後才往下執行其它的命令。

        非同步,執行完函式或方法後,不必阻塞性地等待返回值或訊息,只需要向系統委託一個非同步過程,那麼當系統接收到返回

        值或訊息時,系統會自動觸發委託的非同步過程,從而完成一個完整的流程。

       

  同步在一定程度上可以看做是單執行緒,這個執行緒請求一個方法後就待這個方法給他回覆,否則他不往下執行(死心眼)。

        非同步在一定程度上可以看做是多執行緒的(廢話,一個執行緒怎麼叫非同步),請求一個方法後,就不管了,繼續執行其他的方法。

        

        同步就是一件事,一件事情一件事的做。
        非同步就是,做一件事情,不引響做其他事情。

        例如:吃飯和說話,只能一件事一件事的來,因為只有一張嘴。
                但吃飯和聽音樂是非同步的,因為,聽音樂並不引響我們吃飯。

 

        對於Java程式設計師而言,我們會經常聽到同步關鍵字synchronized,假如這個同步的監視物件是類的話,那麼如果當一個物件

        訪問類裡面的同步方法的話,那麼其它的物件如果想要繼續訪問類裡面的這個同步方法的話,就會進入阻塞,只有等前一個物件

        執行完該同步方法後當前物件才能夠繼續執行該方法。這就是同步。相反,如果方法前沒有同步關鍵字修飾的話,那麼不同的物件

        可以在同一時間訪問同一個方法,這就是非同步。

      

        在補充一下(髒資料和不可重複讀的相關概念):

       髒資料

   髒讀就是指當一個事務正在訪問資料,並且對資料進行了修改,而這種修改還沒有提交到資料庫中,這時,另外一個事務也訪問這個資料,然後使用了這 個數據。因為這個資料是還沒有提交的資料,那麼另外一個事務讀到的這個資料是髒資料(Dirty Data),依據髒資料所做的操作可能是不正確的。

     不可重複讀

   不可重複讀是指在一個事務內,多次讀同一資料。在這個事務還沒有結束時,另外一個事務也訪問該同一資料。那麼,在第一個事務中的兩次讀資料之間,由於第二個事務的修改,那麼第一個事務兩次讀到的資料可能是不一樣的。這樣就發生了在一個事務內兩次讀到的資料是不一樣的,因此稱為是不可重複讀

 

         

 

   2、如何處理併發和同步

        今天講的如何處理併發和同同步問題主要是通過鎖機制。

       我們需要明白,鎖機制有兩個層面。

       一種是程式碼層次上的,如java中的同步鎖,典型的就是同步關鍵字synchronized,這裡我不在做過多的講解,

       感興趣的可以參考:http://www.cnblogs.com/xiohao/p/4151408.html

       另外一種是資料庫層次上的,比較典型的就是悲觀鎖和樂觀鎖。這裡我們重點講解的就是悲觀鎖(傳統的物理鎖)和樂觀鎖。

       悲觀鎖(Pessimistic Locking):       

       悲觀鎖,正如其名,它指的是對資料被外界(包括本系統當前的其他事務,以及來自 外部系統的事務處理)修改持保守態度,因此,

       在整個資料處理過程中,將資料處於鎖定狀態。

       悲觀鎖的實現,往往依靠資料庫提供的鎖機制(也只有資料庫層提供的鎖機制才能 真正保證資料訪問的排他性,否則,即使在本系統

       中實現了加鎖機制,也無法保證外部系 統不會修改資料)。 

       一個典型的倚賴資料庫的悲觀鎖呼叫: 

       select * from account where name=”Erica” for update

       這條 sql 語句鎖定了 account 表中所有符合檢索條件( name=”Erica” )的記錄。

       本次事務提交之前(事務提交時會釋放事務過程中的鎖),外界無法修改這些記錄。 
       Hibernate 的悲觀鎖,也是基於資料庫的鎖機制實現。 
       下面的程式碼實現了對查詢記錄的加鎖:

       String hqlStr ="from TUser as user where user.name='Erica'";

        Query query = session.createQuery(hqlStr);

        query.setLockMode("user",LockMode.UPGRADE); // 加鎖

       List userList = query.list();// 執行查詢,獲取資料

       query.setLockMode 對查詢語句中,特定別名所對應的記錄進行加鎖(我們為 TUser 類指定了一個別名 “user” ),這裡也就是對

      返回的所有 user 記錄進行加鎖。 

      觀察執行期 Hibernate 生成的 SQL 語句: 
      select tuser0_.id as id, tuser0_.name as name, tuser0_.group_id
      as group_id, tuser0_.user_type as user_type, tuser0_.sex as sex
      from t_user tuser0_ where (tuser0_.name='Erica' ) for update
     這裡 Hibernate 通過使用資料庫的 for update 子句實現了悲觀鎖機制。 
      Hibernate 的加鎖模式有: 
      Ø LockMode.NONE : 無鎖機制。 
      Ø LockMode.WRITE : Hibernate 在 Insert 和 Update 記錄的時候會自動獲取
      Ø LockMode.READ : Hibernate 在讀取記錄的時候會自動獲取。 
      以上這三種鎖機制一般由 Hibernate 內部使用,如 Hibernate 為了保證 Update
      過程中物件不會被外界修改,會在 save 方法實現中自動為目標物件加上 WRITE 鎖。 
      Ø LockMode.UPGRADE :利用資料庫的 for update 子句加鎖。 
      Ø LockMode. UPGRADE_NOWAIT : Oracle 的特定實現,利用 Oracle 的 for
      update nowait 子句實現加鎖。 
      上面這兩種鎖機制是我們在應用層較為常用的,加鎖一般通過以下方法實現: 
      Criteria.setLockMode
      Query.setLockMode
      Session.lock
      注意,只有在查詢開始之前(也就是 Hiberate 生成 SQL 之前)設定加鎖,才會 
      真正通過資料庫的鎖機制進行加鎖處理,否則,資料已經通過不包含 for update
      子句的 Select SQL 載入進來,所謂資料庫加鎖也就無從談起。

      為了更好的理解select... for update的鎖表的過程,本人將要以mysql為例,進行相應的講解

      1、要測試鎖定的狀況,可以利用MySQL的Command Mode ,開二個視窗來做測試。

          表的基本結構如下:

          

 

           表中內容如下:

           

 

          開啟兩個測試視窗,在其中一個視窗執行select * from ta for update0

          然後在另外一個視窗執行update操作如下圖:

          

          等到一個視窗commit後的圖片如下:

          

           到這裡,悲觀鎖機制你應該瞭解一些了吧~

       

           需要注意的是for update要放到mysql的事務中,即begin和commit中,否者不起作用。

           至於是鎖住整個表還是鎖住選中的行,請參考:

           http://www.cnblogs.com/xiohao/p/4385768.html

            至於hibernate中的悲觀鎖使用起來比較簡單,這裡就不寫demo了~感興趣的自己查一下就ok了~

           

          樂觀鎖(Optimistic Locking):        
         相對悲觀鎖而言,樂觀鎖機制採取了更加寬鬆的加鎖機制。悲觀鎖大多數情況下依 靠資料庫的鎖機制實現,以保證操作最大程度的獨佔性。但隨之

而來的就是資料庫 效能的大量開銷,特別是對長事務而言,這樣的開銷往往無法承受。 如一個金融系統,當某個操作員讀取使用者的資料,並在讀出的使用者數

據的基礎上進 行修改時(如更改使用者帳戶餘額),如果採用悲觀鎖機制,也就意味著整個操作過 程中(從操作員讀出資料、開始修改直至提交修改結果的全

過程,甚至還包括操作 員中途去煮咖啡的時間),資料庫記錄始終處於加鎖狀態,可以想見,如果面對幾 百上千個併發,這樣的情況將導致怎樣的後果。 

觀鎖機制在一定程度上解決了這個問題。

         樂觀鎖,大多是基於資料版本   Version )記錄機制實現。何謂資料版本?即為資料增加一個版本標識,在基於據庫表的版本解決方案中,一般是通

過為資料庫表增加一個 “version” 欄位來 實現。 讀取出資料時,將此版本號一同讀出,之後更新時,對此版本號加一。此時,將提 交資料的版本資料與資料

庫表對應記錄的當前版本資訊進行比對,如果提交的資料 版本號大於資料庫表當前版本號,則予以更新,否則認為是過期資料。 對於上面修改使用者帳戶資訊

的例子而言,假設資料庫中帳戶資訊表中有一個 version 欄位,當前值為 1 ;而當前帳戶餘額欄位( balance )為 $100 。 操作員 A 此時將其讀出

( version=1 ),並從其帳戶餘額中扣除 $50( $100-$50 )。 2 在操作員 A 操作的過程中,操作員 B 也讀入此使用者資訊( version=1 ),並 從其帳

戶餘額中扣除 $20 ( $100-$20 )。 3 操作員 A 完成了修改工作,將資料版本號加一( version=2 ),連同帳戶扣 除後餘額( balance=$50 ),提交

至資料庫更新,此時由於提交資料版本大 於資料庫記錄當前版本,資料被更新,資料庫記錄 version 更新為 2 。 4 操作員 B 完成了操作,也將版本號加一

( version=2 )試圖向資料庫提交數 據( balance=$80 ),但此時比對資料庫記錄版本時發現,操作員 B 提交的 資料版本號為 2 ,資料庫記錄當前版

本也為 2 ,不滿足 “ 提交版本必須大於記 錄當前版本才能執行更新 “ 的樂觀鎖策略,因此,操作員 B 的提交被駁回。 這樣,就避免了操作員 B 用基於

version=1 的舊資料修改的結果覆蓋操作 員 A 的操作結果的可能。 從上面的例子可以看出,樂觀鎖機制避免了長事務中的資料庫加鎖開銷(操作員 A


和操作員 B 操作過程中,都沒有對資料庫資料加鎖),大大提升了大併發量下的系 統整體效能表現。 需要注意的是,樂觀鎖機制往往基於系統中的資料儲存

邏輯,因此也具備一定的局 限性,如在上例中,由於樂觀鎖機制是在我們的系統中實現,來自外部系統的使用者 餘額更新操作不受我們系統的控制,因此可能

會造成髒資料被更新到資料庫中。在 系統設計階段,我們應該充分考慮到這些情況出現的可能性,並進行相應調整(如 將樂觀鎖策略在資料庫儲存過程中實

現,對外只開放基於此儲存過程的資料更新途 徑,而不是將資料庫表直接對外公開)。 Hibernate 在其資料訪問引擎中內建了樂觀鎖實現。如果不用考慮外

部系統對數 據庫的更新操作,利用 Hibernate 提供的透明化樂觀鎖實現,將大大提升我們的 生產力。


Hibernate 中可以通過 class 描述符的 optimistic-lock 屬性結合 version描述符指定。

現在,我們為之前示例中的 User 加上樂觀鎖機制。

 

1 . 首先為 User 的POJO class

       

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