理解資料庫『悲觀鎖』和『樂觀鎖』的觀念

林鼎淵 — Fri, 12 Mar 2021 18:15:06 +0800

沒有經過實際操作的理論都只是空談，這篇文章我會附上自己的MySQL 語法方便大家在自己的環境中驗證這個資料庫的觀念，讓日後處理併發問題時有更完整的思路。

一、為什麼要了解他們 🔐？
二、從字面上了解悲觀鎖、樂觀鎖
三、在 MySQL DB 實作悲觀鎖
四、在 MySQL DB 實作樂觀鎖
五、悲觀鎖、樂觀鎖優缺點

一、為什麼要了解他們 🔐？

網路商城開特賣會的時候常常會推出一件商品只限 10 人搶購，在搶購的過程除了會產生高併發的問題外，同時也需要考慮到『商品會不會超賣』，在現實生活中聽起來很像不可思議，但在網路的世界裡如果沒做好資料庫的防護真的可能發生明明只限 10 人搶購卻有 30 個人搶到商品的超賣事件。

❓ 今天想要解決的問題：

假設 A 跟 B 都想要買 iphone 手機，但商城的 iphone 庫存只剩下一隻，在不加鎖的狀況下同時下單會導致庫存變成負號；實作上要如何解決這個問題呢？

二、從字面上了解悲觀鎖、樂觀鎖

😭 悲觀鎖 —Pessimistic Lock

就跟字面上的意思一樣，非常的悲觀；他認為 table 裡面的 data 非常的不安全，無時無刻都在變動，當一個SQL command(可以理解為搶購的用戶)獲得悲觀鎖後，其他的 SQL command 無法對這個 data 進行修改，直到悲觀鎖被釋放後才能執行。

資料表中用 syncronized 實現的鎖均為悲觀鎖(ex：行鎖，表鎖，讀鎖，寫鎖)

😃 樂觀鎖 — Optimistic Lock

相比悲觀鎖，他認為 table 裡面的 data 變動頻率不會太頻繁，因此他會允許多個 SQL command 來操作 table；但樂觀並不代表不負責，通常會在 table 中增加一個 version 的欄位來做更新的確認。因此當 SQL command 想要變更欄位 data 時會先把之前取出 version 跟 table 現在的 version 做對比，如果相同就代表這段期間沒人修改可以執行；如果不同就會禁止這次的操作。

三、在 MySQL DB 實作悲觀鎖

A. 建立模擬資料：

先用 SQL command 建立一個簡單的 table 並插入 data

CREATE TABLE `your_DB`.`items` (
  `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` VARCHAR(45) NOT NULL,
  `num` INT NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`));
INSERT INTO `your_DB`.`items` (`name`,`num`)
VALUES ("iphone",1);

原始碼：create_mock_item_table.sql（GitHub Gist）

直接進去 MySQL command line 模式貼上去就好嚕

用 SELECT * FROM `your_DB`.`items`; 確認一下資料是否建立成功

B. 用悲觀鎖解決 iphone 購買問題

STEP 1：開一個視窗模擬 A 的行為，我們先在 A 購買前先將 id=1 的 data 加上悲觀鎖，此時這行 data 只有 A 可以操作

Transaction 的開始要用 begin;，不然 MySQL 會自動提交

接著用 select num from `your_DB`.`items` where id = 1 for update; 將 id = 1 的 data 加上悲觀鎖

STEP 2：此時開另一個視窗模擬 B 的行為，一樣將 id=1 的 data 加上悲觀鎖

你會發現會進入等待的模式，要等 A 執行 commit 完成交易或是指令逾時才能繼續

STEP 3：回到 A 的視窗，接著我們讓 A 執行購買的動作將 data 的 num 減一，然後檢視修改後的 data 是否符合預期，最後下 commit 結束這次交易

購買： update `your_DB`.`items` set num = num -1 where id = 1; ，檢視修改：select num from `your_DB`.`items` where id = 1; ，結束交易：commit;

STEP 4：當 A 完成下單後回到 B 的視窗，你會發現因為 A 釋放了悲觀鎖，所以 B 結束等待並且獲得鎖，但 data 的 num 已經變成了 0 只能放棄購買

7.89 秒是等待獲得鎖的時間

四、在 MySQL DB 實作樂觀鎖

A. 建立模擬資料：

先用 SQL command 建立一個簡單的 table 並插入 data，比起悲觀鎖的 table，我們多了一個 version 的欄位

CREATE TABLE `your_DB`.`happy_items` (
  `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` VARCHAR(45) NOT NULL,
  `num` INT NOT NULL,
  `version` INT NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`));
INSERT INTO `your_DB`.`happy_items` (`name`,`num`,`version`)
VALUES ("iphone",1,0);

原始碼：create_mock_happy_item_table.sql（GitHub Gist）

直接進去 MySQL command line 模式貼上去就好嚕

用 SELECT * FROM `your_DB`.`happy_items`; 確認一下資料是否建立成功

B. 用樂觀鎖解決 iphone 購買問題

思路：A 跟 B 在下單前會先將 id=1 的 data 找出來，然後 A 先買，此時會以 table 的 id=1 和 version=0 作為條件來更新 data，更新後 num 減一、version 加一變成 id=1、num=0、version=1；此時 B 購買時會因為用 id=1 和 version=0找不到 data 而無法更新。

STEP 1：A 及 B 執行查詢的 SQL command 會取得相同的 iphone 庫存資訊

用 SELECT num,version FROM `your_DB`.`happy_items` where id = 1; 找出 iphone 庫存資訊

STEP 2：A 先購買了 iphone 來更新 data，然後檢視修改後的 data 是否符合預期

購買：update `your_DB`.`happy_items` set num = num -1 , version = version + 1 where id = 1 and version = 0; ，檢視修改：SELECT num,version FROM `your_DB`.`happy_items` where id = 1;

STEP 3：此時 B 想要購買時就會無法更新 data，執行購買的 SQL command後你會發現沒有 Row 被更新

購買：update `your_DB`.`happy_items` set num = num -1 , version = version + 1 where id = 1 and version = 0;

五、悲觀鎖、樂觀鎖優缺點

😭 悲觀鎖 — Pessimistic Lock

優點：使用資料庫 Transaction 的機制來強迫執行的順序

缺點：一但加入 Transaction 的機制會導致其他的 SQL command 針對這個 data 除了查詢功能外全部卡死，如果這段 Transaction 執行時間較長會給使用者不良的體驗並造成系統吞吐量下降

😃 樂觀鎖 — Optimistic Lock

優點：因為沒有在資料庫加鎖，所以 SQL command 都會購對 data 進行操作，只有在更新 data 時才會做驗證；這樣就避免悲觀鎖導致的吞吐量下降的問題

缺點：因為樂觀鎖是我們人為實現的，所以如果換一個業務場景可能會不適用，甚至可能因為其他的 SQL command 導致錯誤。

參考資源：關於悲觀鎖和樂觀鎖的個人圖解、商品秒殺問題

範例｜林鼎淵 Dean Lin

理解資料庫『悲觀鎖』和『樂觀鎖』的觀念

一、為什麼要了解他們 🔐？

❓ 今天想要解決的問題：

二、從字面上了解悲觀鎖、樂觀鎖

😭 悲觀鎖 —Pessimistic Lock

😃 樂觀鎖 — Optimistic Lock

三、在 MySQL DB 實作悲觀鎖

A. 建立模擬資料：

B. 用悲觀鎖解決 iphone 購買問題

四、在 MySQL DB 實作樂觀鎖

A. 建立模擬資料：

B. 用樂觀鎖解決 iphone 購買問題

五、悲觀鎖、樂觀鎖優缺點

😭 悲觀鎖 — Pessimistic Lock

😃 樂觀鎖 — Optimistic Lock