For update带来的思考

For update or not

起源

​ 之所以想写这个专题，是因为最近在做一个抢占任务的实现。假设数据库很多个任务，在抢占发生之前任务的状态都是FREE。现在假设同时有一堆抢占线程开始工作，抢占线程会查找数据库中状态为FREE的任务，并且将其状态置为BUSY，然后开始执行对应任务。执行完成之后，再将任务状态置为FINISH。任何任务都是不能被重复执行的，即必须保证所有任务都只能被一个线程执行。

​ 笔者和人民群众一样，第一个想到的就是利用数据库的for update实现悲观锁。这样肯定能够保证数据的强一致性，但是这样会大大影响效率，加重数据库的负担。想到之前看过的一篇文章https://www.cnblogs.com/bigben0123/p/8986507.html，文章里面有提到数据库引擎本身对更新的记录会行级上锁。这个行级锁的粒度非常细，上锁的时间窗口也最少，只有在更新记录的那一刻，才会对记录上锁。同时笔者也想到在前一家公司工作的时候，当时有幸进入到了核心支付组，负责过一段时间的账务系统。当时使用的是mysql的InnoDB引擎。记得当时的代码在往账户里面加钱的时候是没有加任何锁的，只有在从账户扣钱的时候才用for update。所以这个问题应该有更加完美的答案......

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探索之路

​ for update的实现这里就不再做过多尝试了。这里笔者直接探索在没有for update的时候高并发情况下是否会有问题。具体尝试的过程如下：

造测试数据

​ 首先建立一个任务表，为了简单模拟，我们这里就只添加必要的字段。建表语句如下：

create table task(
       ID NUMBER(10) NOT NULL,
    TASK_RUN_STATUS NUMBER(4) NOT NULL
);
comment on table task is '互斥任务表';
comment on column task.ID is '主键ID.';
comment on column task.TASK_RUN_STATUS is '任务运行状态(1.初始待运行 2.运行中 3.运行完成).';
alter table task add constraint TASK_PK primary key (ID) using index;

​ 为了方便测试，这里我们加入三条任务记录，插入任务记录的语句如下:

insert into task(id, task_run_status) values(0, 1);
insert into task(id, task_run_status) values(1, 1);
insert into task(id, task_run_status) values(2, 1);

模拟并发抢占

public class MultiThreadUpdate {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Class.forName("oracle.jdbc.OracleDriver");
		ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(30);
		List<Future<Void>> futures = new ArrayList<Future<Void>>();

		// 每个ID开20个线程去并发更新数据
 		for (int i=0; i<20; i++) {
 			for (int j=0; j<3; j++) {
 				final int id = j;
 				futures.add(executorService.submit(new Callable<Void>() {
 					public Void call() throws Exception {
 						Connection con = DriverManager.getConnection("jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:orcl", "czbank", "123456");
 						// con.setAutoCommit(false);		// 不自动提交事务
 						PreparedStatement pstm = con.prepareStatement("update task set TASK_RUN_STATUS = ? where id = ? and TASK_RUN_STATUS = ?");
 						pstm.setInt(1, 2);
 						pstm.setInt(2, id);
 						pstm.setInt(3, 1);
 						int upRec = pstm.executeUpdate();
 						// 打印更新的记录条数
 						System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getName() + " updated(id=" + id + "):" + upRec + " records...");
 						// Thread.sleep(1000);		// 在事务提交之前，其线程都会阻塞直到对特定记录的更新提交
 						// con.commit();
 						con.close();
 						pstm.close();
 						return null;
 					}
 				}));
 			}
		}
 		executorService.shutdown();
	}
}

​ 最终程序的输出结果如下：

Thread:pool-1-thread-9 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-15 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-22 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-28 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-14 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-17 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-26 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-30 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-29 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-27 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-5 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-23 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-21 updated(id=2):1 records...
Thread:pool-1-thread-1 updated(id=0):1 records...
Thread:pool-1-thread-6 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-8 updated(id=1):1 records...
Thread:pool-1-thread-10 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-13 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-4 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-19 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-16 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-2 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-11 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-7 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-25 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-3 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-18 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-12 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-20 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-24 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-15 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-9 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-22 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-30 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-5 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-17 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-26 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-29 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-27 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-28 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-21 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-1 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-14 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-2 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-16 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-4 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-13 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-19 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-6 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-8 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-10 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-23 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-11 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-7 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-25 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-3 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-18 updated(id=2):0 records...
Thread:pool-1-thread-12 updated(id=0):0 records...
Thread:pool-1-thread-20 updated(id=1):0 records...
Thread:pool-1-thread-24 updated(id=2):0 records...

​ 可以看到，即使在没有显示使用事务的情况下，多线程并发执行也能够保证某一条数据的更新只被执行一次。

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最终任务设计

​ 通过上面的测试例子，已经验证了我的猜想。接下来就是如何设计抢占任务的执行步骤了。废话不多说，直接上基本代码：

public void runMutexTasks(MutexTaskDto runCond) throws Exception {
	// STEP1: 先去查找待执行的互斥任务
	runCond.setTaskRunStatus(Enums.MutexTaskRunStatus.WAIT_RUN.getKey());	// 待运行
	runCond.setPhysicsFlag(Enums.TaskStatus.NORMAL.getKey());				// 正常状态（未废弃）
	PageInfo<MutexTaskDto> runnableTasks = MutexTaskService.pagingQueryGroupByTaskId(0, 0, runCond);
	if (CollectionUtils.isEmpty(runnableTasks.getRows())) {
		LOGGER.debug("根据条件未找到待执行的互斥任务，跳过执行......");
		return;
	}

	// STEP2: 分别尝试执行
	List<MutexTaskDto> runTasks = null;
	Collections.shuffle(runnableTasks.getRows());	// 打乱顺序
	for (MutexTaskDto oneTask : runnableTasks.getRows()) {
		runTasks = mutexTaskService.selectRunnableTaskByTaskId(oneTask.getTaskId());
		if (CollectionUtils.isEmpty(runTasks)) {
			LOGGER.info("互斥任务ID【{}】已不是待运行状态，跳过任务执行......", oneTask.getTaskId());
			continue;
		}

		// STEP3: 运行任务
		MutexTaskDto updateCond = new MutexTaskDto();
		updateCond.setTaskRunStatus(Enums.MutexTaskRunStatus.RUN_SUCCESS.getKey());
		updateCond.setTaskPreStatus(Enums.MutexTaskRunStatus.RUNNING.getKey());
		updateCond.setTaskId(oneTask.getTaskId());
		try {
			runTasks(runTasks);
		} catch(Exception  e) {
			updateCond.setRunRemark(getErrorMsg(e));
			updateCond.setTaskRunStatus(Enums.MutexTaskRunStatus.RUN_FAILED.getKey());
			mutexTaskService.updateByTaskId(updateCond);
			// 这里只打印失败结果，具体失败信息需要上层调用方法日志打印出来
			LOGGER.error("互斥任务ID【{}】执行失败！", oneTask.getTaskId());
			throw e;
		}
		mutexTaskService.updateByTaskId(updateCond);
		LOGGER.info("互斥任务ID【{}】执行成功......", oneTask.getTaskId());
		Thread.sleep(1000); // 抢到了一个节点执行权限，此处暂停1s，给其他机器机会
	}
}

// 其中mutexTaskService的selectRunnableTaskByTaskId方法如下：
// 不使用事务，利用数据库引擎自身的行级锁

public List<MutexTaskDto> selectRunnableTaskByTaskId(String taskId) {
	// STEP1: 先用查询数据（一个taskID可能对应多条记录，对应不同的参数）
	List<MutexTaskModle> mutexTaskModles = this.mutexTaskDao
			.selectByTaskId(taskId);
	if (CollectionUtils.isEmpty(mutexTaskModles)) {
		return Collections.emptyList();
	}

	// STEP2: 更新数据（使用数据库引擎自身所带的行级锁）
	MutexTaskModle updateInfo = new MutexTaskModle();
	updateInfo.setTaskRunStatus(2);
	updateInfo.setTaskPreStatus(1);
	updateInfo.setTaskId(taskId);
	int updateCount = cleaningMutexTaskDao.updateByTaskId(updateInfo);
	if (updateCount <= 0) {
		LOGGER.info("找到待执行的互斥任务，但是更新任务为执行中失败......");
		return Collections.emptyList();
	}

	// STEP3: 前面两项都校验过，则确认当前任务列表是可以执行的
	List<MutexTaskDto> mutexTasks = BeanConvertUtils.convertList(mutexTaskModles,
			MutexTaskDto.class);
	return mutexTasks;
}

​ 关键点就在于第58行的cleaningMutexTaskDao.updateByTaskId(updateInfo);。该语句对应的SQL大致为:

update TASK set task_status = ? where task_id = ? and task_tatus = ?

​ 其中task_id为表的主键，且启用了唯一索引。

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总结

​ 这个问题刚开始笔者想到的解决方案就是使用for update。但内心总觉得这不是最佳方案，想起以前做过的项目还有看过的文章，却也总是不太确定。最终还是自己动手写了个测试用例"释怀"了内心的疑惑。最终也顺利地想出了这个"完美"的实现。不得不承认：实践是检验真理的唯一标准！工作到现在，越来越觉得大家觉得最好的实现不一定就是最好的，大家认为的最高效的方法不一定就是最高效的。很多事情没有绝对，就像写代码一样，没有绝对的好代码。

​ 当然这不是鼓励大家随便写代码，笔者想说的是：做软件就像做学问。不能纯粹地拿别人的结论奉为圣经。遇到问题要多思考，才会有自己的沉淀。思考之后要多行动，才不会仅仅停留在思想的巨人，行动的矮子。当然，行动之后也要多多整理出来，就像笔者这样，奉献社会，方便你我他......(一脸无语)