数据库高并发

问题描述

• 在多用户环境中，在同一时间可能会有多个用户更新相同的记录，这会产生冲突，具体为：
• 丢失更新：一个事务的更新覆盖了其它事务的更新结果，就是所谓的更新丢失。例如：用户A把值从6改为2，用户B把值从2改为6，则用户A丢失了他的更新；
• 脏读：当一个事务读取其它完成一半事务的记录时，就会发生脏读取。例如：用户A,B看到的值都是6，用户B把值改为2，用户A读到的值仍为6；

数据库层面的并发控制-悲观锁

• 说明：
• 假定本次读写一定会发生并发冲突，屏蔽一切可能违反数据完整性的操作；
• 适用于实际业务中冲突发生可能性较大的情况，比如很有可能不同的人同时修改同一条数据库记录；
• 如果实际业务中冲突发生可能性较小，则用悲观锁效率很低（因为上锁的代价大）；
• 使用：
• 操作之前先上锁；
• 需要使用数据库的锁机制，比如SQL SERVER 的TABLOCKX（排它表锁） 此选项被选中时，SQL Server将在整个表上置排它锁直至该命令或事务结束，这将防止其他进程读取或修改表中的数据；

数据库层面的并发控制-乐观锁

• 说明：
• 假设不会发生并发冲突，只在提交操作时检查是否违反数据完整性，乐观锁不能解决脏读的问题；
• 适用于实际业务中冲突发生可能性较小的情况，比如几乎不可能不同的人同时修改同一条数据库记录；
• 使用：
• 数据表中专门有一个version字段（int型）记录版本信息；
• 每当这条记录改动时，这条记录对应的version字段增1；
• 每次更新时检查版本号是否一致，比如数据库中数据版本为6，更新提交时version=6+1,使用该version值(=7)与数据库version+1(=7)作比较，如果相等，则可以更新，如果不等则有可能其他程序已更新该记录，所以返回错误；

常见并发同步案例分析

案例一：订票系统案例

某航班只有一张机票，假定有1w个人打开你的网站来订票，问你如何解决并发问题(可扩展到任何高并发网站要考虑的并发读写问题)。问题：1w个人来访问，票没出去前要保证大家都能看到有票，不可能一个人在看到票的时候别人就不能看了。到底谁能抢到，那得看这个人的“运气”（网络快慢等），其次考虑的问题“并发”：1w个人同时点击购买，到底谁能成交？总共只有一张票。

首先我们容易想到和并发相关的几个方案 ：

• 锁同步同步更多指的是应用程序的层面，多个线程进来，只能一个一个的访问，java中指的是syncrinized关键字。锁也有2个层面，一个是java中谈到的对象锁，用于线程同步；另外一个层面是数据库的锁；如果是分布式的系统，显然只能利用数据库端的锁来实现。
• 假定我们采用了同步机制或者数据库物理锁机制，如何保证1w个人还能同时看到有票，显然会牺牲性能，在高并发网站中是不可取的。使用hibernate后我们提出了另外一个概念：乐观锁、悲观锁（即传统的物理锁）；
• 采用乐观锁即可解决此问题。乐观锁意思是不锁定表的情况下，利用业务的控制来解决并发问题，这样即保证数据的并发可读性又保证保存数据的排他性，保证性能的同时解决了并发带来的脏数据问题。

hibernate中如何实现乐观锁：
前提：在现有表当中增加一个冗余字段，version版本号, long类型
原理：

• 只有当前版本号 >= 数据库表版本号才能提交
• 提交成功后，版本号version ++

案例一：股票交易系统、银行系统

首先，股票交易系统的行情表，每几秒钟就有一个行情记录产生，一天下来就有（假定行情3秒一个） 股票数量×20×60*6条记录，一月下来这个表记录数量多大？ oracle中一张表的记录数超过100w后查询性能就很差了，如何保证系统性能？再比如，中国移动有上亿的用户量，表如何设计？把所有用于存在于一个表么？

所以大数量的系统，必须考虑表拆分-（表名字不一样，但是结构完全一样），通用的几种方式：（视情况而定）

• 按业务分，比如 手机号的表，我们可以考虑 130开头的作为一个表，131开头的另外一张表 以此类推
• 利用oracle的表拆分机制做分表
• 如果是交易系统，我们可以考虑按时间轴拆分，当日数据一个表，历史数据弄到其它表。这里历史数据的报表和查询不会影响当日交易。

此外，我们还得考虑缓存，这里的缓存，指的不仅仅是hibernate，hibernate本身提供了一级二级缓存。这里的缓存独立于应用，依然是内存的读取，假如我们能减少数据库频繁的访问，那对系统肯定大大有利的。比如一个电子商务系统的商品搜索，如果某个关键字的商品经常被搜，那就可以考虑这部分商品列表存放到缓存（内存中去），这样不用每次访问数据库，性能大大增加。简单的缓存大家可以理解为自己做一个hashmap，把常访问的数据做一个key，value是第一次从数据库搜索出来的值，下次访问就可以从map里读取，而不读数据库；专业些的目前有独立的缓存框架比如memcached 等，可独立部署成一个缓存服务器。

常见的提高高并发下访问的效率的手段

首先要了解高并发的的瓶颈在哪里？

1. 可能是服务器网络带宽不够
2. 可能web线程连接数不够
3. 可能数据库连接查询上不去。

根据不同的情况，解决思路也不同。

1. 像第一种情况可以增加网络带宽，DNS域名解析分发多台服务器。
2. 负载均衡，前置代理服务器nginx、apache等等
3. 数据库查询优化，读写分离，分表等等

最后复制一些在高并发下面需要常常需要处理的内容:

• 尽量使用缓存，包括用户缓存，信息缓存等，多花点内存来做缓存，可以大量减少与数据库的交互，提高性能。
• 用jprofiler等工具找出性能瓶颈，减少额外的开销。
• 优化数据库查询语句，减少直接使用hibernate等工具的直接生成语句（仅耗时较长的查询做优化）。
• 优化数据库结构，多做索引，提高查询效率。
• 统计的功能尽量做缓存，或按每天一统计或定时统计相关报表，避免需要时进行统计的功能。
• 能使用静态页面的地方尽量使用，减少容器的解析（尽量将动态内容生成静态html来显示）。

解决以上问题后，使用服务器集群来解决单台的瓶颈问题。

结论

• 在实际生产环境里边，如果并发量不大且不允许脏读，可以使用悲观锁解决并发问题；
• 但如果系统的并发非常大的话,悲观锁定会带来非常大的性能问题,所以我们就要选择乐观锁定的方法；
• 上面介绍的锁都是数据库层面的锁，其实，如果从业务层面来看，上面的并发控制机制还是不够的，在数据库设计时，可以设计lock字段，如果要暂时锁定某些行，令lock=1时视为锁定，业务锁面向业务，更加可靠；

参考文档

数据库并发冲突的解决