乐观锁和悲观锁
一：故事背景
最近一直在研究Redis，今天学习到了乐观锁与悲观锁的部分，在这里进行总结。
二：概念
Redis是一个内存中的键值存储系统，支持多种数据结构，如字符串、哈希、列表等。
Redis提供了两种锁机制，即乐观锁和悲观锁。
三：乐观锁
3.1 什么是乐观锁
乐观锁是一种乐观的并发控制策略，它认为数据在大多数情况下不会被其他线程占用，因此每次需要修改数据时，都不会获取锁，而是直接进行修改。
在Redis中，可以通过WATCH和CAS命令来实现乐观锁，WATCH命令用于监视一个或多个键，CAS命令用于检查并更新键的值。
3.2 举例说明
例如，假设有一个计数器键counter，多个客户端都需要对其进行操作。使用乐观锁的方式，可以在每个客户端执行操作之前，先通过WATCH命令监视counter键：
WATCH counter current_count = GET counter new_count = current_count + 1 MULTI SET counter new_count EXEC
然后，在EXEC命令执行之前，使用GET命令再次获取counter键的值，并将其与之前获取的值进行比较。如果值相等，就说明期间没有其他客户端对counter键进行了修改，此时可以使用CAS命令将新值设置到counter键中。如果值不相等，则说明期间有其他客户端对counter键进行了修改，需要重新执行操作。
GET counter
四：悲观锁
4.1 什么是悲观锁
悲观锁是一种悲观的并发控制策略，它认为数据在大多数情况下都会被其他线程占用，因此每次需要修改数据时，都会先获取锁，确保在修改期间没有其他线程可以访问该数据。在Redis中，可以通过WATCH命令来实现悲观锁，该命令可以监视一个或多个键，如果在事务执行期间有任何被监视键的值发生了变化，整个事务会被回滚。
4.2 举例说明
还是上文的例子
WATCH counter current_count = GET counter new_count = current_count + 1 MULTI SET counter new_count EXEC
如果在执行事务期间，有其他客户端修改了counter键，那么整个事务会被回滚，需要重新执行。
悲观锁的优点在于它可以确保数据的一致性，但缺点在于它需要获取锁，可能会引起线程的阻塞，影响并发性能。
五：乐观锁代码示例
5.1 业务背景
假设有一个电商平台，用户可以在平台上购买商品。为了保证数据的一致性，我们可以使用Redis的乐观锁来实现商品库存的扣减。
5.2 数据结构
首先，我们需要在Redis中保存每个商品的库存信息，使用hash数据结构来保存，例如：
HSET stock sku001 100
5.3 业务流程
然后，在业务逻辑中，当用户购买一个商品时，需要执行以下步骤：
1.使用WATCH命令监视商品库存键，例如stock:sku001；
2.使用GET命令获取当前商品库存数量；
3.检查商品库存是否足够，如果不足，直接返回错误信息；
4.计算新的库存数量，并使用MULTI命令开启一个事务；
5.使用HSET命令将新的库存数量保存到Redis中；
执行事务，如果在执行期间有其他客户端修改了商品库存，会回滚事务，需要重新执行。
5.4 代码实现
下面是使用Spring Boot实现的示例代码：
@Service public class OrderService { private final RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate; @Autowired public OrderService(RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate) { this.redisTemplate = redisTemplate; } public void placeOrder(String sku, int quantity) { String stockKey = "stock:" + sku; while (true) { // 监视商品库存键，以便在事务开始前检测是否有其他客户端修改了库存 redisTemplate.watch(stockKey); // 获取当前库存数量 int currentStock = redisTemplate.opsForHash().get(stockKey, sku); // 检查库存是否足够 if (currentStock < quantity) { // 库存不足，放弃事务并抛出异常 redisTemplate.unwatch(); throw new RuntimeException("Out of stock"); } // 计算新的库存数量 int newStock = currentStock - quantity; // 开始事务 redisTemplate.multi(); // 更新库存数量 redisTemplate.opsForHash().put(stockKey, sku, newStock); // 提交事务 List<Object> results = redisTemplate.exec(); // 如果事务执行成功，则退出循环 if (results != null) { break; } // 如果事务执行失败，则重试 } } }
在上面的代码中，我们使用RedisTemplate来操作Redis，其中watch方法用于监视商品库存键，opsForHash方法用于获取和修改商品库存的值，multi和exec方法用于开启和提交事务。
六：悲观锁示例
除了乐观锁，Redis还支持悲观锁，可以通过设置NX（Not Exist）或XX（Exist）标志来实现。
6.1 悲观锁流程
例如，当NX标志设置为true时，如果锁不存在，会返回OK，并创建一个锁；如果锁已经存在，会返回null，表示获取锁失败。反之，当XX标志设置为true时，如果锁已经存在，会返回OK，表示获取锁成功；如果锁不存在，会返回null，表示获取锁失败。
6.2 代码实现
下面是使用Spring Boot实现的悲观锁示例代码：
@Service public class OrderService { private final RedisTemplate<String, String> redisTemplate; @Autowired public OrderService(RedisTemplate<String, String> redisTemplate) { this.redisTemplate = redisTemplate; } public void placeOrder(String sku, int quantity) { String lockKey = "lock:" + sku; // 尝试获取锁，如果锁已经存在，说明有其他线程正在执行相关操作 Boolean locked = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "locked"); if (!locked) { // 获取锁失败，抛出异常 throw new RuntimeException("Unable to acquire lock"); } // 设置锁的过期时间，防止锁被一直占用 redisTemplate.expire(lockKey, 10, TimeUnit.SECONDS); try { // 执行订单创建、扣减库存等操作 } finally { // 释放锁 redisTemplate.delete(lockKey); } } }
在上面的代码中，我们使用setIfAbsent方法来尝试获取锁，如果锁已经存在，说明其他线程正在执行相关操作，此时会返回false，表示获取锁失败；否则，会返回true，表示获取锁成功。如果获取锁成功，我们会设置锁的过期时间，并执行相关操作，最后释放锁。
七：总结提升
需要注意的是，悲观锁一般适用于并发量不大的场景，如果并发量较高，容易导致性能问题。因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的锁策略。
