Hibernate：悲觀鎖和樂觀鎖

業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)過程中，往往需要保證數(shù)據(jù)訪問的排他性。如在金融系統(tǒng)的日終結(jié)算處理中，我們希望針對某個 cut-off 時間點的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而不希望在結(jié)算進(jìn)行過程中（可能是幾秒種，也可能是幾個小時），數(shù)據(jù)再發(fā)生變化。此時，我們就需要通過一些機制來保證這些數(shù)據(jù)在某個操作過程中不會被外界修改，這樣的機制，在這里，也就是所謂的 “鎖” ，即給我們選定的目標(biāo)數(shù)據(jù)上鎖，使其無法被其他程序修改。

Hibernate 支持兩種鎖機制：即通常所說的 “悲觀鎖（ Pessimistic Locking ）”和 “樂觀鎖（ Optimistic Locking ）” 。

悲觀鎖

悲觀鎖（ Pessimistic Locking ），正如其名，它指的是對數(shù)據(jù)被外界（包括本系統(tǒng)當(dāng)前的其他事務(wù)，以及來自外部系統(tǒng)的事務(wù)處理）修改持保守態(tài)度，因此，在整個數(shù)據(jù)處理過程中，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)。悲觀鎖的實現(xiàn)，往往依靠數(shù)據(jù)庫提供的鎖機制（也只有數(shù)據(jù)庫層提供的鎖機制才能真正保證數(shù)據(jù)訪問的排他性，否則，即使在本系統(tǒng)中實現(xiàn)了加鎖機制，也無法保證外部系統(tǒng)不會修改數(shù)據(jù)）。

一個典型的倚賴數(shù)據(jù)庫的悲觀鎖調(diào)用：

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

這條 sql 語句鎖定了 account 表中所有符合檢索條件（name=”Erica”）的記錄。本次事務(wù)提交之前（事務(wù)提交時會釋放事務(wù)過程中的鎖），外界無法修改這些記錄。Hibernate 的悲觀鎖，也是基于數(shù)據(jù)庫的鎖機制實現(xiàn)。

下面的代碼實現(xiàn)了對查詢記錄的加鎖：

String hqlStr ="from TUser as user where user.name='Erica'";
Query query = session.createQuery(hqlStr);
query.setLockMode("user",LockMode.UPGRADE); // 加鎖
List userList = query.list();// 執(zhí)行查詢，獲取數(shù)據(jù)

query.setLockMode對查詢語句中，特定別名所對應(yīng)的記錄進(jìn)行加鎖（我們?yōu)門User 類指定了一個別名 “user” ），這里也就是對返回的所有 user 記錄進(jìn)行加鎖。

觀察運行期 Hibernate 生成的 SQL 語句：

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

這里 Hibernate 通過使用數(shù)據(jù)庫的 for update 子句實現(xiàn)了悲觀鎖機制。

Hibernate 的加鎖模式有：

• 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。

以上這三種鎖機制一般由 Hibernate 內(nèi)部使用，如 Hibernate 為了保證 Update過程中對象不會被外界修改，會在 save 方法實現(xiàn)中自動為目標(biāo)對象加上 WRITE 鎖。

• LockMode.UPGRADE ：利用數(shù)據(jù)庫的 for update 子句加鎖。
• LockMode. UPGRADE_NOWAIT ： Oracle 的特定實現(xiàn)，利用 Oracle 的 for update nowait 子句實現(xiàn)加鎖。

上面這兩種鎖機制是我們在應(yīng)用層較為常用的，加鎖一般通過以下方法實現(xiàn)：

Criteria.setLockMode
Query.setLockMode
Session.lock

注意，只有在查詢開始之前（也就是 Hiberate 生成 SQL 之前）設(shè)定加鎖，才會真正通過數(shù)據(jù)庫的鎖機制進(jìn)行加鎖處理，否則，數(shù)據(jù)已經(jīng)通過不包含 for update 子句的 Select SQL 加載進(jìn)來，所謂數(shù)據(jù)庫加鎖也就無從談起。

樂觀鎖

相對悲觀鎖而言，樂觀鎖（ Optimistic Locking ）機制采取了更加寬松的加鎖機制。悲觀鎖大多數(shù)情況下依靠數(shù)據(jù)庫的鎖機制實現(xiàn)，以保證操作最大程度的獨占性。但隨之而來的就是數(shù)據(jù)庫性能的大量開銷，特別是對長事務(wù)而言，這樣的開銷往往無法承受。

如一個金融系統(tǒng)，當(dāng)某個操作員讀取用戶的數(shù)據(jù)，并在讀出的用戶數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改時如更改用戶帳戶余額），如果采用悲觀鎖機制，也就意味著整個操作過程中（從操作員讀出數(shù)、開始修改直至提交修改結(jié)果的全過程，甚至還包括操作員中途去煮咖啡的時間），數(shù)據(jù)庫記錄始終處于加鎖狀態(tài)，可以想見，如果面對幾百上千個并發(fā)，這樣的情況將導(dǎo)致怎樣的后果。樂觀鎖機制在一定程度上解決了這個問題。樂觀鎖，大多是基于數(shù)據(jù)版本（ Version ）記錄機制實現(xiàn)。何謂數(shù)據(jù)版本？即為數(shù)據(jù)增加一個版本標(biāo)識，在基于數(shù)據(jù)庫表的版本解決方案中，一般是通過為數(shù)據(jù)庫表增加一個 “version” 字段來實現(xiàn)。

讀取出數(shù)據(jù)時，將此版本號一同讀出，之后更新時，對此版本號加一。此時，將提交數(shù)據(jù)的版本數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫表對應(yīng)記錄的當(dāng)前版本信息進(jìn)行比對，如果提交的數(shù)據(jù)版本號大于數(shù)據(jù)庫表當(dāng)前版本號，則予以更新，否則認(rèn)為是過期數(shù)據(jù)。

對于上面修改用戶帳戶信息的例子而言，假設(shè)數(shù)據(jù)庫中帳戶信息表中有一個version 字段，當(dāng)前值為 1 ；而當(dāng)前帳戶余額字段（balance）為 $100 。

1. 操作員 A 此時將其讀出（version=1），并從其帳戶余額中扣除 $50（$100-$50）。
2. 在操作員 A 操作的過程中，操作員 B 也讀入此用戶信息（version=1），并從其帳戶余額中扣除 $20 （$100-$20）。
3. 操作員 A 完成了修改工作，將數(shù)據(jù)版本號加一（version=2），連同帳戶扣除后余額（balance=$50），提交至數(shù)據(jù)庫更新，此時由于提交數(shù)據(jù)版本大于數(shù)據(jù)庫記錄當(dāng)前版本，數(shù)據(jù)被更新，數(shù)據(jù)庫記錄 version 更新為 2 。
4. 操作員 B 完成了操作，也將版本號加一（version=2）試圖向數(shù)據(jù)庫提交數(shù)據(jù)（balance=$80），但此時比對數(shù)據(jù)庫記錄版本時發(fā)現(xiàn)，操作員 B 提交的數(shù)據(jù)版本號為 2 ，數(shù)據(jù)庫記錄當(dāng)前版本也為 2 ，不滿足“ 提交版本必須大于記錄當(dāng)前版本才能執(zhí)行更新“ 的樂觀鎖策略，因此，操作員 B 的提交被駁回。這樣，就避免了操作員 B 用基于 version=1 的舊數(shù)據(jù)修改的結(jié)果覆蓋操作員 A 的操作結(jié)果的可能。

從上面的例子可以看出，樂觀鎖機制避免了長事務(wù)中的數(shù)據(jù)庫加鎖開銷（操作員 A 和操作員 B 操作過程中，都沒有對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)加鎖），大大提升了大并發(fā)量下的系統(tǒng)整體性能表現(xiàn)。需要注意的是，樂觀鎖機制往往基于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲邏輯，因此也具備一定的局限性，如在上例中，由于樂觀鎖機制是在我們的系統(tǒng)中實現(xiàn)，來自外部系統(tǒng)（就好比另一個系統(tǒng)）的用戶余額更新操作不受我們系統(tǒng)的控制，因此可能會造成臟數(shù)據(jù)被更新到數(shù)據(jù)庫中。在系統(tǒng)設(shè)計階段，我們應(yīng)該充分考慮到這些情況出現(xiàn)的可能性，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整（如將樂觀鎖策略在數(shù)據(jù)庫存儲過程中實現(xiàn)，對外只開放基于此存儲過程的數(shù)據(jù)更新途徑，而不是將數(shù)據(jù)庫表直接對外公開）。

Hibernate 在其數(shù)據(jù)訪問引擎中內(nèi)置了樂觀鎖實現(xiàn)。如果不用考慮外部系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的更新操作，利用 Hibernate 提供的透明化樂觀鎖實現(xiàn)，將大大提升我們的生產(chǎn)力。

Hibernate 中可以通過 class 描述符的 optimistic-lock 屬性結(jié)合 version描述符指定。

現(xiàn)在，我們?yōu)橹笆纠械?TUser 加上樂觀鎖機制。 （1）首先為 TUser 的 class 描述符添加 optimistic-lock 屬性：

<hibernate-mapping>
<class name="org.hibernate.sample.TUser" table="t_user" dynamic-update="true"
dynamic-insert="true" optimistic-lock="version">
……
</class>
</hibernate-mapping>

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(xiàn)樂觀鎖
• dirty：通過檢查發(fā)生變動過的屬性實現(xiàn)樂觀鎖
• all：通過檢查所有屬性實現(xiàn)樂觀鎖

其中通過 version 實現(xiàn)的樂觀鎖機制是 Hibernate 官方推薦的樂觀鎖實現(xiàn)，同時也是 Hibernate 中，目前唯一在數(shù)據(jù)對象脫離 Session 發(fā)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(xiàn)機制。

（2）添加一個 Version 屬性描述符

<hibernate-mapping>
<class name="org.hibernate.sample.TUser" table="t_user" dynamic-update="true" dynamic-insert="true"
optimistic-lock="version">
<id name="id" column="id" type="java.lang.Integer">
<generator class="native">
</generator>
</id>
<version column="version" name="version" type="java.lang.Integer"/>
……
</class>
</hibernate-mapping>

注意 version 節(jié)點必須出現(xiàn)在 ID 節(jié)點之后。這里我們聲明了一個 version 屬性，用于存放用戶的版本信息，保存在 TUser 表的version 字段中。

此時如果我們嘗試編寫一段代碼，更新 TUser 表中記錄數(shù)據(jù)，如：

Criteria criteria = session.createCriteria(TUser.class);
criteria.add(Expression.eq("name","Erica"));
List userList = criteria.list();
TUser user =(TUser)userList.get(0);
Transaction tx = session.beginTransaction();
user.setUserType(1); // 更新 UserType 字段
tx.commit();

每次對 TUser 進(jìn)行更新的時候，我們可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫中的 version 都在遞增。而如果我們嘗試在 tx.commit 之前，啟動另外一個 Session ，對名為 Erica 的用戶進(jìn)行操作，以模擬并發(fā)更新時的情形：

Session session= getSession();
Criteria criteria = session.createCriteria(TUser.class);
criteria.add(Expression.eq("name","Erica"));
Session session2 = getSession();
Criteria criteria2 = session2.createCriteria(TUser.class);
criteria2.add(Expression.eq("name","Erica"));
List userList = criteria.list();
List userList2 = criteria2.list();TUser user =(TUser)userList.get(0);
TUser user2 =(TUser)userList2.get(0);
Transaction tx = session.beginTransaction();
Transaction tx2 = session2.beginTransaction();
user2.setUserType(99);
tx2.commit();
user.setUserType(1);
tx.commit();

執(zhí)行以上代碼，代碼將在 tx.commit() 處拋出 StaleObjectStateException 異常，并指出版本檢查失敗，當(dāng)前事務(wù)正在試圖提交一個過期數(shù)據(jù)。通過捕捉這個異常，我們就可以在樂觀鎖校驗失敗時進(jìn)行相應(yīng)處理。