本文以转账操作为例,实现并测试乐观锁和悲观锁。

完整代码:https://github.com/imcloudfloating/Lock_Demo

GitHub Page:http://blog.cloudli.top/posts/Spring-Boot-&-MyBatis-实现乐观锁和悲观锁/

死锁问题

当 A, B 两个账户同时向对方转账时,会出现如下情况:

时刻 事务 1 (A 向 B 转账) 事务 2 (B 向 A 转账)
T1 Lock A Lock B
T2 Lock B (由于事务 2 已经 Lock A,等待) Lock A (由于事务 1 已经 Lock B,等待)

由于两个事务都在等待对方释放锁,于是死锁产生了,解决方案:按照主键的大小来加锁,总是先锁主键较小或较大的那行数据。

建立数据表并插入数据(MySQL)

create table account
(
id int auto_increment
primary key,
deposit decimal(10, 2) default 0.00 not null,
version int default 0 not null
); INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (1, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (2, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (3, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (4, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (5, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (6, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (7, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (8, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (9, 1000, 0);
INSERT INTO vault.account (id, deposit, version) VALUES (10, 1000, 0);

Mapper 文件

悲观锁使用 select ... for update,乐观锁使用 version 字段。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN"
"http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd" >
<mapper namespace="com.cloud.demo.mapper.AccountMapper">
<select id="selectById" resultType="com.cloud.demo.model.Account">
select *
from account
where id = #{id}
</select>
<update id="updateDeposit" keyProperty="id" parameterType="com.cloud.demo.model.Account">
update account
set deposit=#{deposit},
version = version + 1
where id = #{id}
and version = #{version}
</update>
<select id="selectByIdForUpdate" resultType="com.cloud.demo.model.Account">
select *
from account
where id = #{id} for
update
</select>
<update id="updateDepositPessimistic" keyProperty="id" parameterType="com.cloud.demo.model.Account">
update account
set deposit=#{deposit}
where id = #{id}
</update>
<select id="getTotalDeposit" resultType="java.math.BigDecimal">
select sum(deposit) from account;
</select>
</mapper>

Mapper 接口

@Component
public interface AccountMapper {
Account selectById(int id);
Account selectByIdForUpdate(int id);
int updateDepositWithVersion(Account account);
void updateDeposit(Account account);
BigDecimal getTotalDeposit();
}

Account POJO

@Data
public class Account {
private int id;
private BigDecimal deposit;
private int version;
}

AccountService

在 transferOptimistic 方法上有个自定义注解 @Retry,这个用来实现乐观锁失败后重试。

@Slf4j
@Service
public class AccountService { public enum Result{
SUCCESS,
DEPOSIT_NOT_ENOUGH,
FAILED,
} @Resource
private AccountMapper accountMapper; private BiPredicate<BigDecimal, BigDecimal> isDepositEnough = (deposit, value) -> deposit.compareTo(value) > 0; /**
* 转账操作,悲观锁
*
* @param fromId 扣款账户
* @param toId 收款账户
* @param value 金额
*/
@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
public Result transferPessimistic(int fromId, int toId, BigDecimal value) {
Account from, to; try {
// 先锁 id 较大的那行,避免死锁
if (fromId > toId) {
from = accountMapper.selectByIdForUpdate(fromId);
to = accountMapper.selectByIdForUpdate(toId);
} else {
to = accountMapper.selectByIdForUpdate(toId);
from = accountMapper.selectByIdForUpdate(fromId);
}
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage());
TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();
return Result.FAILED;
} if (!isDepositEnough.test(from.getDeposit(), value)) {
TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();
log.info(String.format("Account %d is not enough.", fromId));
return Result.DEPOSIT_NOT_ENOUGH;
} from.setDeposit(from.getDeposit().subtract(value));
to.setDeposit(to.getDeposit().add(value)); accountMapper.updateDeposit(from);
accountMapper.updateDeposit(to); return Result.SUCCESS;
} /**
* 转账操作,乐观锁
* @param fromId 扣款账户
* @param toId 收款账户
* @param value 金额
*/
@Retry
@Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ)
public Result transferOptimistic(int fromId, int toId, BigDecimal value) {
Account from = accountMapper.selectById(fromId),
to = accountMapper.selectById(toId); if (!isDepositEnough.test(from.getDeposit(), value)) {
TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();
return Result.DEPOSIT_NOT_ENOUGH;
} from.setDeposit(from.getDeposit().subtract(value));
to.setDeposit(to.getDeposit().add(value)); int r1, r2; // 先锁 id 较大的那行,避免死锁
if (from.getId() > to.getId()) {
r1 = accountMapper.updateDepositWithVersion(from);
r2 = accountMapper.updateDepositWithVersion(to);
} else {
r2 = accountMapper.updateDepositWithVersion(to);
r1 = accountMapper.updateDepositWithVersion(from);
} if (r1 < 1 || r2 < 1) {
// 失败,抛出重试异常,执行重试
throw new RetryException("Transfer failed, retry.");
} else {
return Result.SUCCESS;
}
}
}

使用 Spring AOP 实现乐观锁失败后重试

自定义注解 Retry

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Retry {
int value() default 3; // 重试次数
}

重试异常 RetryException

public class RetryException extends RuntimeException {
public RetryException(String message) {
super(message);
}
}

重试的切面类

tryAgain 方法使用了 @Around 注解(表示环绕通知),可以决定目标方法在何时执行,或者不执行,以及自定义返回结果。这里首先通过 ProceedingJoinPoint.proceed() 方法执行目标方法,如果抛出了重试异常,那么重新执行直到满三次,三次都不成功则回滚并返回 FAILED。

@Slf4j
@Aspect
@Component
public class RetryAspect { @Pointcut("@annotation(com.cloud.demo.annotation.Retry)")
public void retryPointcut() { } @Around("retryPointcut() && @annotation(retry)")
@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
public Object tryAgain(ProceedingJoinPoint joinPoint, Retry retry) throws Throwable {
int count = 0;
do {
count++;
try {
return joinPoint.proceed();
} catch (RetryException e) {
if (count > retry.value()) {
log.error("Retry failed!");
TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();
return AccountService.Result.FAILED;
}
}
} while (true);
}
}

单元测试

用多个线程模拟并发转账,经过测试,悲观锁除了账户余额不足,或者数据库连接不够以及等待超时,全部成功;乐观锁即使加了重试,成功的线程也很少,500 个平均也就十几个成功。

所以对于写多读少的操作,使用悲观锁,对于读多写少的操作,可以使用乐观锁。

完整代码请见 Github:https://github.com/imcloudfloating/Lock_Demo

@Slf4j
@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
class AccountServiceTest { // 并发数
private static final int COUNT = 500; @Resource
AccountMapper accountMapper; @Resource
AccountService accountService; private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(COUNT);
private List<Thread> transferThreads = new ArrayList<>();
private List<Pair<Integer, Integer>> transferAccounts = new ArrayList<>(); @BeforeEach
void setUp() {
Random random = new Random(currentTimeMillis());
transferThreads.clear();
transferAccounts.clear(); for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
int from = random.nextInt(10) + 1;
int to;
do{
to = random.nextInt(10) + 1;
} while (from == to);
transferAccounts.add(new Pair<>(from, to));
}
} /**
* 测试悲观锁
*/
@Test
void transferByPessimisticLock() throws Throwable {
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
transferThreads.add(new Transfer(i, true));
}
for (Thread t : transferThreads) {
t.start();
}
latch.await(); Assertions.assertEquals(accountMapper.getTotalDeposit(),
BigDecimal.valueOf(10000).setScale(2, RoundingMode.HALF_UP));
} /**
* 测试乐观锁
*/
@Test
void transferByOptimisticLock() throws Throwable {
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
transferThreads.add(new Transfer(i, false));
}
for (Thread t : transferThreads) {
t.start();
}
latch.await(); Assertions.assertEquals(accountMapper.getTotalDeposit(),
BigDecimal.valueOf(10000).setScale(2, RoundingMode.HALF_UP));
} /**
* 转账线程
*/
class Transfer extends Thread {
int index;
boolean isPessimistic; Transfer(int i, boolean b) {
index = i;
isPessimistic = b;
} @Override
public void run() {
BigDecimal value = BigDecimal.valueOf(
new Random(currentTimeMillis()).nextFloat() * 100
).setScale(2, RoundingMode.HALF_UP); AccountService.Result result = AccountService.Result.FAILED;
int fromId = transferAccounts.get(index).getKey(),
toId = transferAccounts.get(index).getValue();
try {
if (isPessimistic) {
result = accountService.transferPessimistic(fromId, toId, value);
} else {
result = accountService.transferOptimistic(fromId, toId, value);
}
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage());
} finally {
if (result == AccountService.Result.SUCCESS) {
log.info(String.format("Transfer %f from %d to %d success", value, fromId, toId));
}
latch.countDown();
}
}
}
}

MySQL 配置

innodb_rollback_on_timeout='ON'
max_connections=1000
innodb_lock_wait_timeout=500

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