java高并发 2018-02-23 16:26:13 | 作者:沈书生 | 阅读量:420

    对于开发的网站,如果网站的访问量非常大,那么我们应该考虑相关的、并发访问问题,并发是绝大部分程序员头疼的问题;

为了更好的理解并发和同步,先明白两个重要的概念:异步和同步;

 1、同步和异步的区别和联系

所谓同步就是执行完一个函数后方法后,一直等待系统返回值或消息,这是程序是阻塞的,只有接受到返回值或者消息才会往下执行其他命令

异步,执行完函数或方法后,不必阻塞的等待系统返回值或消息,只需向系统委托一个异步过程,那么当系统接受到返回值或者消息,系统会

自动触发异步过程,完成一个完整的流程

同步在一定程度上可以看成单线程,线程请求一个方法后就等待这个方法给回复,否则不会继续执行下去(死心眼);

异步在一定程度上可以看成多线程,请求一个方法后就不管了,继续执行其他的方法

同步就是事情一件一件的做,异步就是做一件事,不影响做其他事情。

例:吃饭和说话是同步的,只能一件一件的做,因为只有一张嘴

吃饭和听音乐是异步的,吃饭和听音乐互不影响

      

     对于java程序员,我们经常会听到同步关键字synchronized,假如这个同步的监视对象是类,那么如果一个对象访问类里面的同步方法是,另一个对象

也访问这个类里面的同步方法,这是就会进入阻塞状态,只有等前一个对象执行完同步方法后,后一个对象才能继续执行该方法,这就是同步。相反,

如果没有被同步关键字synchronize修饰,两个对象可以在同一时间访问同一方法,这就是异步。

    脏数据

脏读就是指当一个事物正在访问数据,并且对数据做了修改,但是数据修改并未提交到数据库,而另一个事物也在访问这个数据,然后使用数据,因为

这个数据是还没提交的数据,所以另一个事务读取的数据就是脏数据(dirty data),依据脏数据做的操作是不正确的

不可重复读

不可重复读是指一个事务内多次读取同一个数据,在这个事务还没有结束的时候,另一个事务也访问同一数据并做了修改,这时第一个事务中两次读取的

数据可能是不一样的,这样就发生在 一个事务内读取的数据不一样,因此成为不可重复读


二、如何处理并发和同步

处理并发和同步问题主要是通过锁机制,锁机制主要有两个层面

一种是代码层次的,如java的同步锁,典型的就是同步关键字synchronize,这里不做过多的讲解:

感兴趣的可以参考:http://www.cnblogs.com/xiohao/p/4151408.html

另一种是数据库层次的,比较典型的是悲观锁和乐观锁,这里重点讲解的就是悲观锁(传统的物理锁)和乐观锁

悲观锁(Prssimistic Locking)

悲观锁:正如其名,它是指对数据被外界(包括本系统当前的其他事务和外部系统的事务处理)修改保持保守态度,因此在数据处理过程中,

将数据处于锁定状态

悲观锁的实现机制,往往依靠数据库提供的锁机制(也只有数据库层的锁机制才能真正保持数据访问的排他性,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)

一个典型的依赖数据库的悲观锁调用:

select * form account where  name=‘admin’  for  update

这条sql语句锁定account表中所有符合条件查询的记录,在事物提交前(事务提交时会释放是事务过程中的锁),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的

下列代码实现了hibernate的悲观锁

String hql="from User where  user.name=''admin";

Query query=session.createQuery(hql);

query.setLock('user",LockMode.UPGRADE);//加锁

List queryList=query.list()

query.setLock对查询语句中,特定别名所对应的记录进行加锁,对返回的user记录进行加锁

观察运行期 Hibernate 生成的 SQL 语句: 
      select tuser0_.id as id, tuser0_.name as name, tuser0_.group_id
      as group_id, tuser0_.user_type as user_type, tuser0_.sex as sex
      from t_user tuser0_ where (tuser0_.name='Erica' ) for update
     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: 
      Ø LockMode.NONE : 无锁机制。 
      Ø LockMode.WRITE : Hibernate 在 Insert 和 Update 记录的时候会自动获取
      Ø 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。 
      Ø LockMode.UPGRADE :利用数据库的 for update 子句加锁。 
      Ø 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(hibernate生成sql之前)加锁 ,才会真正通过数据库的锁机制进行加锁,否则数据已经通过不包含for uodate 

的sql加载进来,此时无法进行加锁


  为了更好的理解select... for update的锁表的过程,本人将要以mysql为例,进行相应的讲解

      1、要测试锁定的状况,可以利用MySQL的Command Mode ,开二个视窗来做测试。

          表的基本结构如下:

          

 

           表中内容如下:

           

 

          开启两个测试窗口,在其中一个窗口执行select * from ta for update0

          然后在另外一个窗口执行update操作如下图:

          

          等到一个窗口commit后的图片如下:

          

           到这里,悲观锁机制你应该了解一些了吧~

注意:for  update 要放在mysql的事物中,即begin和end之间,否则不起作用

   至于是锁住整个表还是锁住选中的行,请参考:

           http://www.cnblogs.com/xiohao/p/4385768.html

            至于hibernate中的悲观锁使用起来比较简单,这里就不写demo了~感兴趣的自己查一下就ok了~


乐观锁

相对于悲观锁,乐观锁采取更加宽松的加锁机制。悲观锁主要是通过数据库的加锁机制实现,保证操作最大程度的独占性,

但随之而来的是数据库性能的大量开销,对于长事务而言,这样的开销是无法承受的。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 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。

乐观锁大多是同过数据库版本(version)记录机制实现的,即为数据增加一个版本标识,在基于数据库表的解决方案中,一般是

在表中增加一个version字段来实现,读取数据时将版本号一起读取,在更新操作时将版本号加1,将提交的数据的版本号和数据库中

的数据版本号进行比较,若大于数据库中数据的版本号,则提交更新数据,否则认为是过期数据,无法提交,抛出异常。



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 。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是基于数据存储的逻辑,因此具备一定的局限性,如在上例中,由于乐观锁是在我们的系统内实现的,来自外部系统的

用户余额更新操作不受系统的限制,因此可能会造成脏数据更新到数据库中。在系统设计时,我们应该充分考虑这些情况,并作出相应的调整,如将

乐观锁放在数据库的存储过程中,对外开放基于此存储过程的更新途径,而不是直接将数据库表对外公开。  hibernate中数据访问引擎中实现

了乐观锁,如果不考虑外部系统的数据库的操作,可以考察通过hibernate提供的透明乐观锁实现,将大大提升生产力

User.hbm.xml


复制代码
<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE hibernate-mapping PUBLIC
        "-//Hibernate/Hibernate Mapping DTD 3.0//EN"
        "http://hibernate.sourceforge.net/hibernate-mapping-3.0.dtd">
 
<hibernate-mapping package="com.xiaohao.test">
 
    <class name="User"  table="user" optimistic-lock="version" >
              <id name="id">
            <generator class="native" />
        </id>
        <!--version标签必须跟在id标签后面-->
        <version column="version" name="version"  />
        <property name="userName"/>
        <property name="password"/>
                 
    </class>
     
 
</hibernate-mapping>

注意:version节点必须出现在id节点后

这里我们声明了一个 version 属性,用于存放用户的版本信息,保存在 User 表的version中 
optimistic-lock 属性有如下可选取值: 
Ø none
无乐观锁 
Ø version
通过版本机制实现乐观锁 
Ø dirty
通过检查发生变动过的属性实现乐观锁 
Ø all
通过检查所有属性实现乐观锁 
其中通过 version 实现的乐观锁机制是 Hibernate 官方推荐的乐观锁实现,同时也 
是 Hibernate 中,目前唯一在数据对象脱离 Session 发生修改的情况下依然有效的锁机 
制。因此,一般情况下,我们都选择 version 方式作为 Hibernate 乐观锁实现机制。

2 . 配置文件hibernate.cfg.xml和UserTest测试类


   hibernate.cfg.xml


复制代码
<!DOCTYPE hibernate-configuration PUBLIC
        "-//Hibernate/Hibernate Configuration DTD 3.0//EN"
        "http://hibernate.sourceforge.net/hibernate-configuration-3.0.dtd">
 
<hibernate-configuration>
<session-factory>
 
    <!-- 指定数据库方言 如果使用jbpm的话,数据库方言只能是InnoDB-->
    <property name="dialect">org.hibernate.dialect.MySQL5InnoDBDialect</property>
    <!-- 根据需要自动创建数据表 -->
    <property name="hbm2ddl.auto">update</property>
    <!-- 显示Hibernate持久化操作所生成的SQL -->
    <property name="show_sql">true</property>
    <!-- 将SQL脚本进行格式化后再输出 -->
    <property name="format_sql">false</property>
    <property name="current_session_context_class">thread</property>
 
 
    <!-- 导入映射配置 -->
    <property name="connection.url">jdbc:mysql:///user</property>
    <property name="connection.username">root</property>
    <property name="connection.password">123456</property>
    <property name="connection.driver_class">com.mysql.jdbc.Driver</property>
    <mapping resource="com/xiaohao/test/User.hbm.xml" />
 
 
 
</session-factory>
</hibernate-configuration>
复制代码
UserTest.java


复制代码
package com.xiaohao.test;
 
import org.hibernate.Session;
import org.hibernate.SessionFactory;
import org.hibernate.Transaction;
import org.hibernate.cfg.Configuration;
 
public class UserTest {
    public static void main(String[] args) {
        Configuration conf=new Configuration().configure();
        SessionFactory sf=conf.buildSessionFactory();
        Session session=sf.getCurrentSession();
        Transaction tx=session.beginTransaction();
//      User user=new User("小浩","英雄");
//      session.save(user);
//       session.createSQLQuery("insert into user(userName,password) value('张英雄16','123')")
//                  .executeUpdate();
        User user=(User) session.get(User.class, 1);
        user.setUserName("221");
//      session.save(user);
     
        System.out.println("恭喜您,用户的数据插入成功了哦~~");
        tx.commit();
    }
 
}
复制代码
每次对 TUser 进行更新的时候,我们可以发现,数据库中的 version 都在递增。


 


下面我们将要通过乐观锁来实现一下并发和同步的测试用例:


这里需要使用两个测试类,分别运行在不同的虚拟机上面,以此来模拟多个用户同时操作一张表,同时其中一个测试类需要模拟长事务


UserTest.java


复制代码
package com.xiaohao.test;
 
import org.hibernate.Session;
import org.hibernate.SessionFactory;
import org.hibernate.Transaction;
import org.hibernate.cfg.Configuration;
 
public class UserTest {
    public static void main(String[] args) {
        Configuration conf=new Configuration().configure();
        SessionFactory sf=conf.buildSessionFactory();
        Session session=sf.openSession();
//      Session session2=sf.openSession();
        User user=(User) session.createQuery(" from User user where user=5").uniqueResult();
//      User user2=(User) session.createQuery(" from User user where user=5").uniqueResult();
        System.out.println(user.getVersion());
//      System.out.println(user2.getVersion());
        Transaction tx=session.beginTransaction();
        user.setUserName("101");
        tx.commit();
         
        System.out.println(user.getVersion());
//      System.out.println(user2.getVersion());
//      System.out.println(user.getVersion()==user2.getVersion());
//      Transaction tx2=session2.beginTransaction();
//      user2.setUserName("4468");
//      tx2.commit();
     
    }
 
}
复制代码
 


UserTest2.java


复制代码
package com.xiaohao.test;
 
import org.hibernate.Session;
import org.hibernate.SessionFactory;
import org.hibernate.Transaction;
import org.hibernate.cfg.Configuration;
 
public class UserTest2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Configuration conf=new Configuration().configure();
        SessionFactory sf=conf.buildSessionFactory();
        Session session=sf.openSession();
//      Session session2=sf.openSession();
        User user=(User) session.createQuery(" from User user where user=5").uniqueResult();
        Thread.sleep(10000);
//      User user2=(User) session.createQuery(" from User user where user=5").uniqueResult();
        System.out.println(user.getVersion());
//      System.out.println(user2.getVersion());
        Transaction tx=session.beginTransaction();
        user.setUserName("100");
        tx.commit();
         
        System.out.println(user.getVersion());
//      System.out.println(user2.getVersion());
//      System.out.println(user.getVersion()==user2.getVersion());
//      Transaction tx2=session2.beginTransaction();
//      user2.setUserName("4468");
//      tx2.commit();
     
    }
 
}
复制代码
 


操作流程及简单讲解: 首先启动UserTest2.java测试类,在执行到Thread.sleep(10000);这条语句的时候,当前线程会进入睡眠状态。在10秒钟之内
  启动UserTest这个类,在到达10秒的时候,我们将会在UserTest.java中抛出下面的异常:

复制代码
Exception in thread "main" org.hibernate.StaleObjectStateException: Row was updated or deleted by another transaction (or unsaved-value mapping was incorrect): [com.xiaohao.test.User#5]
    at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.check(AbstractEntityPersister.java:1932)
    at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.update(AbstractEntityPersister.java:2576)
    at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.updateOrInsert(AbstractEntityPersister.java:2476)
    at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.update(AbstractEntityPersister.java:2803)
    at org.hibernate.action.EntityUpdateAction.execute(EntityUpdateAction.java:113)
    at org.hibernate.engine.ActionQueue.execute(ActionQueue.java:273)
    at org.hibernate.engine.ActionQueue.executeActions(ActionQueue.java:265)
    at org.hibernate.engine.ActionQueue.executeActions(ActionQueue.java:185)
    at org.hibernate.event.def.AbstractFlushingEventListener.performExecutions(AbstractFlushingEventListener.java:321)
    at org.hibernate.event.def.DefaultFlushEventListener.onFlush(DefaultFlushEventListener.java:51)
    at org.hibernate.impl.SessionImpl.flush(SessionImpl.java:1216)
    at org.hibernate.impl.SessionImpl.managedFlush(SessionImpl.java:383)
    at org.hibernate.transaction.JDBCTransaction.commit(JDBCTransaction.java:133)
    at com.xiaohao.test.UserTest2.main(UserTest2.java:21)

 UserTest2代码将在 tx.commit() 处抛出 StaleObjectStateException 异 常,并指出版本检查失败,当前事务正在试图提交

一个过期数据。通过捕捉这个异常,我 们就可以在乐观锁校验失败时进行相应处理

 


 

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