微信搜「程序員檸檬」分享編程學習路線和學習資源，本文已收錄於Github：https://github.com/imcoderlemon/CodeClass
內含原創乾貨文章，千本計算機電子書，谷歌、阿里大神開源LeetCode題解，各類編程資源。
今年春節響應國家號召在家宅着抵抗疫情，拜年也改用微信紅包，春節發了很多也搶了很多微信紅包，也算支持了公司業務，微信支付融入生活，搶紅包已經是非常平常的事情。
搶紅包這一簡單的動作，每一次都是對紅包服務後臺的一次請求，在春節期間海量的服務請求下，其實是一個很典型的高併發編程模型。後臺開發程序員都有一個共識：實現一個功能很容易，難的是大量請求下提高服務性能。
在程序員眼裏，大家搶的不是紅包，是紅包後臺服務的鎖 ！這裏的鎖不是我們日常生活中的鎖，後臺服務編程中鎖的概念：
實現多個進程或線程互斥的訪問共享資源的一種機制
今天和大家聊聊後臺服務編程中的鎖。
業務模型
爲便於說明，我們簡化模型，約定搶紅包服務是多線程服務，搶紅包操作包含以下3個步驟：
- 查詢數據庫內紅包餘額
- 扣除搶到的紅包金額
- 更新紅包餘額到數據庫
假設你發了100塊錢紅包，1000個人1秒內同時來搶（高併發），如果不加鎖是這樣的情況：
- 第一個人查餘額得到100元，他在此基礎上扣除搶到的假設2元，準備步驟3更新到數據庫。
- 在第一個人更新進去之前，此時剩下的人查到的餘額也是100，他們各自扣除搶到的金額，準備按步驟3更新。
- 導致最後的紅包餘額只記錄了最後一次更新的數據。
- 很明顯，這就可能出現1000個人都搶到紅包，但是紅包餘額還沒分完的情況，這就亂了。
怎麼解決這個問題呢? 就用到我們上面說的加鎖來解決。
有哪些鎖
實現鎖的方式有很多，這裏列舉幾種常見的分類
悲觀鎖
顧名思義就是悲觀的做最壞打算的鎖機制，佔有鎖期間獨佔資源。
悲觀鎖把搶紅包這三個步驟打包成一個整體做成互斥操作，“在我搶了沒更新數據之前你別來查餘額，查到也不準確”。也可以類比數據庫的事務來理解。
事務必須具備以下四個屬性，簡稱ACID 屬性：
原子性（Atomicity）：事務是一個完整的操作。事務的各步操作是不可分的（原子的）；要麼都執 行，要麼都不執行
一致性（Consistency）：當事務完成時，數據必須處於一致狀態
隔離性（Isolation）：對數據進行修改的所有併發事務是彼此隔離的，這表明事務必須是獨立的，它不應以任何方式依賴於或影響其他事務
永久性（Durability）：事務完成後，它對數據庫的修改被永久保持，事務日誌能夠保持事務的永久性
它悲觀的認爲你每次去搶紅包必然有其他人也同時在搶，所以你這條線程在搶的時候要獨佔資源，其他線程需要阻塞掛起等待你搶完才能進來搶，掛起的線程就幹不了其他事了。
魯迅先生說過，浪費CPU資源就是浪費生命！
而一旦你搶完紅包釋放了鎖，其他在等待中的線程又要搶佔資源、搶到了還要恢復線程上下文。
CPU不斷的切換線程上下文非常浪費服務器資源，嚴重的會導致不能及時處理後續搶紅包請求，需要想辦法提高效率，於是有了樂觀鎖
樂觀鎖
樂觀鎖是對悲觀鎖的改進，樂觀的認爲加鎖的時候沒有競爭，樂觀鎖不阻塞線程。
一種實現樂觀鎖的方法是數據庫內紅包餘額增加版本號，初始版本號是0，每次搶完紅包版本號加1後再去更新餘額，只有更新的版本號大於數據庫內的版本號才認爲是合法的，予以更新；否則不予更新，線程不阻塞可以稍後重試，避免頻繁切換線程上下文。
樂觀鎖在搶紅包的步驟1、2不做加鎖判斷，在步驟3的時候才做加鎖判斷版本號。
- 第一個人搶到版本號是0的紅包，第二個人也搶到版本號是0的紅包
- 第一個人更新紅包餘額並設置版本號爲1
- 第二個人更新紅包餘額設置版本號爲1的時候發現餘額版本號已經爲1，更新失敗
- 第二個人更新失敗後，線程不阻塞，繼續處理其他搶紅包搶請求，按一定策略重試（超時重試、有限次數重試）第二個人的更新操作
- 其他請求以此類推
可以看到，樂觀鎖在加鎖失敗的時候不掛起線程等待，避免了線程上下文頻繁的切換，提高紅包服務處理性能。
分佈式鎖
上面兩種鎖的形式都是基於對數據庫的更新來做的，在大請求高併發的時候，頻繁的存取數據庫，尤其是樂觀鎖重試會對數據庫產生很大的衝擊，在實際生產環境要儘量減少對數據庫的訪問。
Redis 是一個開源（BSD許可）的，內存中的數據結構存儲系統，它可以用作數據庫、緩存和消息中間件。也可以用redis實現分佈式鎖，與數據庫交互兩次：第一次獲取紅包餘額，第二次搶完更新紅包狀態。搶紅包和中間過程更新操作都在內存中進行，這可比數據庫操作快了幾個數量級，顯著改善服務併發性能。
redis分佈式鎖：
利用Redis的SET操作在內存中保存key-value鍵值對，加鎖就是獲取這個鍵值對的值，解鎖就是刪除這個鍵值對。
分佈式鎖也不阻塞線程，關於這種分佈式鎖的實現不在這裏展開說明，可以參考我另一篇公衆號文章: redis分佈式鎖的3種實現方式分析，詳細分析了幾種分佈式鎖特點和利弊。
原創不易，看到這裏動動手指，各位的「三連」是對我持續創作的最大支持，我們下篇文章再見。
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