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Hibernate JPA 悲觀鎖,樂觀鎖

1.悲觀鎖

它指的是對資料被外界修改持保守態度。假定任何時刻存取資料時,都可能有另一個客戶也正在存取同一筆資料,為了保持資料被操作的一致性,於是對資料採取了資料庫層次的鎖定狀態,依靠資料庫提供的鎖機制來實現。
基於jdbc實現的資料庫加鎖如下:

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

在更新的過程中,資料庫處於加鎖狀態,任何其他的針對本條資料的操作都將被延遲。本次事務提交後解鎖。
而hibernate悲觀鎖的具體實現如下:

String sql="查詢語句";
Query query=session.createQuery
(sql); query.setLockMode("物件",LockModel.UPGRADE);

說到這裡,就提到了hibernate的加鎖模式:

  • LockMode.NONE:無鎖機制。
  • LockMode.WRITE:Hibernate在Insert和Update記錄的時候會自動獲取。
  • LockMode.READ:Hibernate在讀取記錄的時候會自動獲取。

這三種加鎖模式是供hibernate內部使用的,與資料庫加鎖無關:
LockMode.UPGRADE:利用資料庫的for update字句加鎖。
在這裡我們要注意的是:只有在查詢開始之前(也就是hiernate生成sql語句之前)加鎖,才會真正通過資料庫的鎖機制加鎖處理。否則,資料已經通過不包含for updata子句的sql語句載入進來,所謂的資料庫加鎖也就無從談起。
但 是,從系統的效能上來考慮,對於單機或小系統而言,這並不成問題,然而如果是在網路上的系統,同時間會有許多聯機,假設有數以百計或上千甚至更多的併發訪 問出現,我們該怎麼辦?如果等到資料庫解鎖我們再進行下面的操作,我們浪費的資源是多少?–這也就導致了樂觀鎖的產生。

2.樂觀鎖

樂觀鎖定(optimistic locking)則樂觀的認為資料的存取很少發生同時存取的問題,因而不作資料庫層次上的鎖定,為了維護正確的資料,樂觀鎖定採用應用程式上的邏輯實現版本控制的方法。
例如若有兩個客戶端,A客戶先讀取了賬戶餘額100元,之後B客戶也讀取了賬戶餘額100元的資料,A客戶提取了50元,對資料庫作了變更,此時數 據庫中的餘額為50元,B客戶也要提取30元,根據其所取得的資料,100-30將為70餘額,若此時再對資料庫進行變更,最後的餘額就會不正確。
在不實行悲觀鎖定策略的情況下,資料不一致的情況一但發生,有幾個解決的方法,一種是先更新為主,一種是後更新的為主,比較複雜的就是檢查發生變動的資料來實現,或是檢查所有屬性來實現樂觀鎖定。
Hibernate 中透過版本號檢查來實現後更新為主,這也是Hibernate所推薦的方式,在資料庫中加入一個VERSON欄記錄,在讀取數 據時連同版本號一同讀取,並在更新資料時遞增版本號,然後比對版本號與資料庫中的版本號,如果大於資料庫中的版本號則予以更新,否則就回報錯誤。
以剛才的例子,A客戶讀取賬戶餘額1000元,並連帶讀取版本號為5的話,B客戶此時也讀取賬號餘額1000元,版本號也為5,A客戶在領款後賬戶 餘額為500,此時將版本號加1,版本號目前為6,而資料庫中版本號為5,所以予以更新,更新資料庫後,資料庫此時餘額為500,版本號為6,B客戶領款 後要變更資料庫,其版本號為5,但是資料庫的版本號為6,此時不予更新,B客戶資料重新讀取資料庫中新的資料並重新進行業務流程才變更資料庫。
以Hibernate實現版本號控制鎖定的話,我們的物件中增加一個version屬性,例如:

public class Account {
private int version;
....
public void setVersion(int version) {
this.version = version;
}
public int getVersion() {
return version;
}
....
}

而在映像檔案中,我們使用optimistic-lock屬性設定version控制,屬性欄之後增加一個標籤,如下:

<hibernate-mapping>
<class name="onlyfun.caterpillar.Account" talble="ACCOUNT"
optimistic-lock="version">
<id...../>
<version name="version" column="VERSION"/>
....
</class>
</hibernate-mapping>

設定好版本控制之後,在上例中如果B 客戶試圖更新資料,將會引發StableObjectStateException例外,我們可以捕捉這個例 外,在處理中重新讀取資料庫中的資料,同時將 B客戶目前的資料與資料庫中的資料秀出來,讓B客戶有機會比對不一致的資料,以決定要變更的部份,或者您可 以設計程式自動讀取新的資料,並重復扣款業務流程,直到資料可以更新為止,這一切可以在背景執行,而不用讓您的客戶知道。
但是樂觀鎖也有不能解決的問題存在:上面已經提到過樂觀鎖機制的實現往往基於系統中的資料儲存邏輯,在我們的系統中實現,來自外部系統的使用者餘額更 新不受我們系統的控制,有可能造成非法資料被更新至資料庫。因此我們在做電子商務的時候,一定要小心的注意這項存在的問題,採用比較合理的邏輯驗證,避免 資料執行錯誤。
也可以在使用Session的load()或是lock()時指定鎖定模式以進行鎖定。
如果資料庫不支援所指定的鎖定模式,Hibernate會選擇一個合適的鎖定替換,而不是丟出一個例外。

悲觀鎖與樂觀鎖的比較:

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;
相對悲觀鎖而言,樂觀鎖機制採取了更加寬鬆的加鎖機制。樂觀鎖機制往往基於系統中的資料儲存邏輯,因此也具備一定的侷限性,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資料庫的更新操作,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。
optimistic-lock屬性有如下可選取值:
- none 無樂觀鎖
- version 通過版本機制實現樂觀鎖
- dirty 通過檢查發生變動過的屬性實現樂觀鎖
- all 通過檢查所有屬性實現樂觀鎖

其中通過version實現的樂觀鎖機制是Hibernate官方推薦的樂觀鎖實現,同時也是Hibernate中,目前唯一在資料物件脫離Session發生修改的情況下依然有效的鎖機制。因此,一般情況下,我們都選擇version方式作為Hibernate樂觀鎖實現機制。

JPA 2.0 鎖機制

鎖是處理資料庫事務併發的一種技術,當兩個或更多資料庫事務併發地訪問相同資料時,鎖可以保證同一時間只有一個事務可以修改資料。
鎖的方法通常有兩種:樂觀鎖和悲觀鎖。樂觀鎖認為多個併發事務之間很少出現衝突,也就是說不會經常出現同一時間讀取或修改相同資料,在樂觀鎖中,其目標是讓併發事務自由地同時得到處理,而不是發現或預防衝突。兩個事務在同一時刻可以訪問相同的資料,但為了預防衝突,需要對資料執行一次檢查,檢查自上次讀取資料以來發生的任何變化。
悲觀鎖認為事務會經常發生衝突,在悲觀鎖中,讀取資料的事務會鎖定資料,在前面的事務提交之前,其它事務都不能修改資料。
JPA 1.0只支援樂觀鎖,你可以使用EntityManager類的lock()方法指定鎖模式的值,可以是READ或WRITE,如:

EntityManagerem = ... ;
em.lock (p1, READ);

對於READ鎖模式,JPA實體管理器在事務提交前都會鎖定實體,檢查實體的版本屬性確定實體自上次被讀取以來是否有更新,如果版本屬性被更新了,實體管理器會丟擲一個OptimisticLockException異常,並回滾事務。
對於WRITE鎖模式,實體管理器執行和READ鎖模式相同的樂觀鎖操作,但它也會更新實體的版本列。
JPA 2.0增加了6種新的鎖模式,其中兩個是樂觀鎖。JPA 2.0也允許悲觀鎖,並增加了3種悲觀鎖,第6種鎖模式是無鎖。
下面是新增的兩個樂觀鎖模式:
1、OPTIMISTIC:它和READ鎖模式相同,JPA 2.0仍然支援READ鎖模式,但明確指出在新應用程式中推薦使用OPTIMISTIC。
2、OPTIMISTIC_FORCE_INCREMENT:它和WRITE鎖模式相同,JPA 2.0仍然支援WRITE鎖模式,但明確指出在新應用程式中推薦使用OPTIMISTIC_FORCE_INCREMENT。
下面是新增的三個悲觀鎖模式:
1、PESSIMISTIC_READ:只要事務讀實體,實體管理器就鎖定實體,直到事務完成鎖才會解開,當你想使用重複讀語義查詢資料時使用這種鎖模式,換句話說就是,當你想確保資料在連續讀期間不被修改,這種鎖模式不會阻礙其它事務讀取資料。
2、PESSIMISTIC_WRITE:只要事務更新實體,實體管理器就會鎖定實體,這種鎖模式強制嘗試修改實體資料的事務序列化,當多個併發更新事務出現更新失敗機率較高時使用這種鎖模式。
3、PESSIMISTIC_FORCE_INCREMENT:當事務讀實體時,實體管理器就鎖定實體,當事務結束時會增加實體的版本屬性,即使實體沒有修改。
你也可以指定新的鎖模式NONE,在這種情況下表示沒有鎖發生。
JPA 2.0也提供了多種方法為實體指定鎖模式,你可以使用EntityManager的lock() 和 find()方法指定鎖模式。此外,EntityManager.refresh()方法可以恢復實體例項的狀態。
下面的程式碼顯示了使用PESSIMISTIC_WRITE鎖模式的悲觀鎖:

    // read
    Part p = em.find(Part.class, pId);
    // lock and refresh before update
    em.refresh(p, PESSIMISTIC_WRITE);
    int pAmount = p.getAmount();
    p.setAmount(pAmount - uCount); 

在這個例子中,它首先讀取一些資料,然後應用PESSIMISTIC_WRITE鎖,在更新資料之前呼叫EntityManager.refresh()方法,當事務更新實體時,PESSIMISTIC_WRITE鎖鎖定實體,其它事務就不能更新相同的實體,直到前面的事務提交。