数据库为什么需要锁机制?有哪些锁机制

发布网友 发布时间：2022-04-24 04:08

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懂视网 时间：2022-04-08 09:13

数据库是一个多用户使用的共享资源。当多个用户并发地存取数据时，在数据库中就会产生多个事务同时存取同一数据的情况。若对并发操作不加控制就可能会读取和存储不正确的数据，破坏数据库的一致性。

加锁是实现数据库并发控制的一个非常重要的技术。当事务在对某个数据对象进行操作前，先向系统发出请求，对其加锁。加锁后事务就对该数据对象有了一定的控制，在该事务释放锁之前，其他的事务不能对此数据对象进行更新操作。

【基本锁类型】

锁包括行级锁和表级锁

行级锁是一种排他锁，防止其他事务修改此行；在使用以下语句时，Oracle会自动应用行级锁：
INSERT、UPDATE、DELETE、SELECT … FOR UPDATE [OF columns] [WAIT n | NOWAIT];
SELECT … FOR UPDATE语句允许用户一次锁定多条记录进行更新
使用COMMIT或ROLLBACK语句释放锁

表级锁又分为5类：

行共享 (ROW SHARE) – 禁止排他锁定表
行排他(ROW EXCLUSIVE) – 禁止使用排他锁和共享锁
共享锁(SHARE) - 锁定表，对记录只读不写，多个用户可以同时在同一个表上应用此锁
共享行排他(SHARE ROW EXCLUSIVE) – 比共享锁更多的限制，禁止使用共享锁及更高的锁
排他(EXCLUSIVE) – 限制最强的表锁，仅允许其他用户查询该表的行。禁止修改和锁定表

【乐观锁与悲观锁】 

所谓悲观锁就是基于数据库机制实现的。比如在在使用select子句的时候加上for update，那么直到改子句的事务结束为止，任何应用都无法修改select出来的记录。

所谓乐观锁是基于应用的版本机制来实现的。一般会在表里面设计一个版本字段v（我一般会把这个字段设为timestamp）。一般的update场景是这样：

1 select a, v from tb where id=1;   

假设得到数据是：[‘xxx‘, 11111]

2 update tb set a=‘yyyy‘, v=systimestamp where v=11111; //注意, v一般不会在业务操作的时候修改

这要求每一次update操作都变更版本字段,否则还是要进程间的数据 还是会被相互覆盖。

乐观锁无法锁定其他应用对数据的操作。 

锁（locking） 

业务逻辑的实现过程中，往往需要保证数据访问的排他性。如在金融系统的日终结算 处理中，我们希望针对某个cut-off时间点的数据进行处理，而不希望在结算进行过程中 （可能是几秒种，也可能是几个小时），数据再发生变化。此时，我们就需要通过一些机制来保证这些数据在某个操作过程中不会被外界修改，这样的机制，在这里，也就是所谓 的“锁”，即给我们选定的目标数据上锁，使其无法被其他程序修改。 Hibernate支持两种锁机制：即通常所说的“悲观锁（Pessimistic Locking）” 和“乐观锁（Optimistic Locking）”。

【Hibernate中的悲观锁和乐观锁的实现】

一 ：悲观锁（Pessimistic Locking） 

悲观锁，正如其名，它指的是对数据被外界（包括本系统当前的其他事务，以及来自外部系统的事务处理）修改持保守态度，因此，在整个数据处理过程中，将数据处于锁定 状态。悲观锁的实现，往往依靠数据库提供的锁机制（也只有数据库层提供的锁机制才能 真正保证数据访问的排他性，否则，即使在本系统中实现了加锁机制，也无法保证外部系 统不会修改数据）。 一个典型的倚赖数据库的悲观锁调用： select * from account where name=”Erica” for update 这条sql 语句锁定了account 表中所有符合检索条件（name=”Erica”）的记录。 本次事务提交之前（事务提交时会释放事务过程中的锁），外界无法修改这些记录。 Hibernate的悲观锁，也是基于数据库的锁机制实现。 下面的代码实现了对查询记录的加锁：

获取数据 query.setLockMode 对查询语句中特定别名所对应的记录进行加锁（我们为 TUser类指定了一个别名“user”），这里也就是对返回的所有user记录进行加锁。 观察运行期Hibernate生成的SQL语句：

这里Hibernate通过使用数据库的for update子句实现了悲观锁机制。 Hibernate的加锁模式有： 
? LockMode.NONE ： 无锁机制。 
? LockMode.WRITE ：Hibernate在Insert和Update记录的时候会自动 获取。 
? LockMode.READ ： Hibernate在读取记录的时候会自动获取。 

以上这三种锁机制一般由Hibernate内部使用，如Hibernate为了保证Update 过程中对象不会被外界修改，会在save方法实现中自动为目标对象加上WRITE锁。

? LockMode.UPGRADE ：利用数据库的for update子句加锁。 
? LockMode. UPGRADE_NOWAIT ：Oracle的特定实现，利用Oracle的for update nowait子句实现加锁。 

上面这两种锁机制是我们在应用层较为常用的，加锁一般通过以下方法实现： 
Criteria.setLockMode 
Query.setLockMode 
Session.lock 
注意，只有在查询开始之前（也就是Hiberate 生成SQL 之前）设定加锁，才会 真正通过数据库的锁机制进行加锁处理，否则，数据已经通过不包含for update 子句的Select SQL加载进来，所谓数据库加锁也就无从谈起。

二 ：乐观锁（Optimistic Locking） 
相对悲观锁而言，乐观锁机制采取了更加宽松的加锁机制。悲观锁大多数情况下依 靠数据库的锁机制实现，以保证操作最大程度的独占性。但随之而来的就是数据库 性能的大量开销，特别是对长事务而言，这样的开销往往无法承受。 如一个金融系统，当某个操作员读取用户的数据，并在读出的用户数据的基础上进 行修改时（如更改用户帐户余额），如果采用悲观锁机制，也就意味着整个操作过 程中（从操作员读出数据、开始修改直至提交修改结果的全过程，甚至还包括操作 员中途去煮咖啡的时间），数据库记录始终处于加锁状态，可以想见，如果面对几 百上千个并发，这样的情况将导致怎样的后果。 乐观锁机制在一定程度上解决了这个问题。乐观锁 大多是基于数据版本 （Version）记录机制实现。何谓数据版本？即为数据增加一个版本标识，在基于 数据库表的版本解决方案中，一般是通过为数据库表增加一个“version”字段来 实现。 读取出数据时，将此版本号一同读出，之后更新时，对此版本号加一。此时，将提 交数据的版本数据与数据库表对应记录的当前版本信息进行比对，如果提交的数据 版本号大于数据库表当前版本号，则予以更新，否则认为是过期数据。 对于上面修改用户帐户信息的例子而言，假设 ：

数据库中帐户信息表中有一个 version字段，当前值为1；而当前帐户余额字段（balance）为$100。 
1 ：操作员A 此时将其读出（version=1），并从其帐户余额中扣除$50 （$100-$50）。 
2 ： 在操作员A操作的过程中，操作员B也读入此用户信息（version=1），并 从其帐户余额中扣除$20（$100-$20）。 
3： 操作员A完成了修改工作，将数据版本号加一（version=2），连同帐户扣 除后余额（balance=$50），提交至数据库更新，此时由于提交数据版本大 于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录version更新为2。 
4： 操作员B完成了操作，也将版本号加一（version=2）试图向数据库提交数 据（balance=$80），但此时比对数据库记录版本时发现，操作员B提交的 数据版本号为2，数据库记录当前版本也为2，不满足“提交版本必须大于记 录当前版本才能执行更新“的乐观锁策略，因此，操作员B 的提交被驳回。 这样，就避免了操作员B 用基于version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作 员A的操作结果的可能。 

从上面的例子可以看出，乐观锁机制避免了长事务中的数据库加锁开销（操作员A 和操作员B操作过程中，都没有对数据库数据加锁），大大提升了大并发量下的系 统整体性能表现。 需要注意的是，乐观锁机制往往基于系统中的数据存储逻辑，因此也具备一定的局 限性，如在上例中，由于乐观锁机制是在我们的系统中实现，来自外部系统的用户 余额更新操作不受我们系统的控制，因此可能会造成脏数据被更新到数据库中。在 系统设计阶段，我们应该充分考虑到这些情况出现的可能性，并进行相应调整（如 将乐观锁策略在数据库存储过程中实现，对外只开放基于此存储过程的数据更新途 径，而不是将数据库表直接对外公开）。 Hibernate 在其数据访问引擎中内置了乐观锁实现。如果不用考虑外部系统对数 据库的更新操作，利用Hibernate提供的透明化乐观锁实现，将大大提升我们的 生产力。 Hibernate中可以通过class描述符的optimistic-lock属性结合version 描述符指定。 
现在，我们为之前示例中的TUser加上乐观锁机制。

1． 首先为TUser的class描述符添加optimistic-lock属性：

optimistic-lock属性有如下可选取值： 
? none 无乐观锁 
? version 通过版本机制实现乐观锁 
? dirty 通过检查发生变动过的属性实现乐观锁 
? all 通过检查所有属性实现乐

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热心网友 时间：2022-04-08 06:21