Hibernate的樂觀鎖與悲觀鎖

鎖（ locking ）
商務邏輯的實現過程中，往往需要保證資料訪問的排他性。如在金融系統的日終結算處理中，我們希望針對某個 cut-off 時間點的資料進行處理，而不希望在結算進行過程中（可能是幾秒種，也可能是幾個小時），資料再發生變化。此時，我們就需要通過一些機制來保證這些資料在某個操作過程中不會被外界修改，這樣的機制，在這裡，也就是所謂的 “鎖” ，即給我們選定的目標資料上鎖，使其無法被其他程式修改。Hibernate 支援兩種鎖機制：即通常所說的 “悲觀鎖（ Pessimistic Locking ）”和 “樂觀鎖（ Optimistic Locking ）” 。

悲觀鎖（ Pessimistic Locking ）
悲觀鎖，正如其名，它指的是對資料被外界（包括本系統當前的其他事務，以及來自外部系統的交易處理）修改持保守態度，因此，在整個資料處理過程中，將資料處於鎖定狀態。悲觀鎖的實現，往往依靠資料庫提供的鎖機制（也只有資料庫層提供的鎖機制才能真正保證資料訪問的排他性，否則，即使在本系統中實現了加鎖機制，也無法保證外部系統不會修改資料）。
一個典型的倚賴資料庫的悲觀鎖調用：
select * from account where 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。本次事務提交之前（事務提交時會釋放事務過程中的鎖），外界無法修改這些記錄。Hibernate 的悲觀鎖，也是基於資料庫的鎖機制實現。
下面的代碼實現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();// 執行查詢，擷取資料
query.setLockMode 對查詢語句中，特定別名所對應的記錄進行加鎖（我們為TUser 類指定了一個別名 “user” ），這裡也就是對返回的所有 user 記錄進行加鎖。
觀察運行期 Hibernate 產生的 SQL 陳述式：
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
這裡 Hibernate 通過使用資料庫的 for update 子句實現了悲觀鎖機制。
Hibernate 的加鎖模式有：
LockMode.NONE ： 無鎖機制。
LockMode.WRITE ： Hibernate 在 Insert 和 Update 記錄的時候會自動擷取。
LockMode.READ ： Hibernate 在讀取記錄的時候會自動擷取。
以上這三種鎖機制一般由 Hibernate 內部使用，如 Hibernate 為了保證 Update過程中對象不會被外界修改，會在 save 方法實現中自動為目標對象加上 WRITE 鎖。
LockMode.UPGRADE ：利用資料庫的 for update 子句加鎖。
LockMode. UPGRADE_NOWAIT ： Oracle 的特定實現，利用 Oracle 的 for update nowait 子句實現加鎖。
上面這兩種鎖機制是我們在應用程式層較為常用的，加鎖一般通過以下方法實現：
Criteria.setLockMode
Query.setLockMode
Session.lock
注意，只有在查詢開始之前（也就是 Hiberate 產生 SQL 之前）設定加鎖，才會真正通過資料庫的鎖機制進行加鎖處理，否則，資料已經通過不包含 for update 子句的 Select SQL 載入進來，所謂資料庫加鎖也就無從談起。

樂觀鎖（ Optimistic Locking ）
相對悲觀鎖而言，樂觀鎖機制採取了更加寬鬆的加鎖機制。悲觀鎖大多數情況下依靠資料庫的鎖機制實現，以保證操作最大程度的獨佔性。但隨之而來的就是資料庫效能的大量開銷，特別是對長事務而言，這樣的開銷往往無法承受。
如一個金融系統，當某個操作員讀取使用者的資料，並在讀出的使用者資料的基礎上進行修改時如更改使用者帳戶餘額），如果採用悲觀鎖機制，也就意味著整個操作過程中（從操作員讀出數、開始修改直至提交修改結果的全過程，甚至還包括操作員中途去煮咖啡的時間），資料庫記錄始終處於加鎖狀態，可以想見，如果面對幾百上千個並發，這樣的情況將導致怎樣的後果。樂觀鎖機制在一定程度上解決了這個問題。樂觀鎖，大多是基於資料版本（ Version ）記錄機制實現。何謂資料版本？即為資料增加一個版本標識，在基於資料庫表的版本解決方案中，一般是通過為資料庫表增加一個 “version” 欄位來實現。
讀取出資料時，將此版本號碼一同讀出，之後更新時，對此版本號碼加一。此時，將提交資料的版本資料與資料庫表對應記錄的目前的版本資訊進行比對，如果提交的資料版本號碼大於資料庫表目前的版本號，則予以更新，否則認為是到期資料。
對於上面修改使用者帳戶資訊的例子而言，假設資料庫中帳戶資訊表中有一個version 欄位，當前值為 1 ；而當前帳戶餘額欄位（balance）為 $100 。
1 操作員 A 此時將其讀出（version=1），並從其帳戶餘額中扣除 $50（$100-$50）。
2 在操作員 A 操作的過程中，操作員 B 也讀入此使用者資訊（version=1），並從其帳戶餘額中扣除 $20 （$100-$20）。
3 操作員 A 完成了修改工作，將資料版本號碼加一（version=2），連同帳戶扣除後餘額（balance=$50），提交至資料庫更新，此時由於提交資料版本大於資料庫記錄目前的版本，資料被更新，資料庫記錄 version 更新為 2 。
4 操作員 B 完成了操作，也將版本號碼加一（version=2）試圖向資料庫提交資料（balance=$80），但此時比對資料庫記錄版本時發現，操作員 B 提交的資料版本號碼為 2 ，資料庫記錄目前的版本也為 2 ，不滿足“ 提交版本必須大於記錄目前的版本才能執行更新“ 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 用基於 version=1 的舊資料修改的結果覆蓋操作員 A 的操作結果的可能。
從上面的例子可以看出，樂觀鎖機制避免了長事務中的資料庫加鎖開銷（操作員 A 和操作員 B 操作過程中，都沒有對資料庫資料加鎖），大大提升了大並發量下的系統整體效能表現。需要注意的是，樂觀鎖機制往往基於系統中的資料存放區邏輯，因此也具備一定的局限性，如在上例中，由於樂觀鎖機制是在我們的系統中實現，來自外部系統的使用者餘額更新操作不受我們系統的控制，因此可能會造成髒資料被更新到資料庫中。在系統設計階段，我們應該充分考慮到這些情況出現的可能性，並進行相應調整（如將樂觀鎖策略在資料庫預存程序中實現，對外只開放基於此預存程序的資料更新途徑，而不是將資料庫表直接對外公開）。
Hibernate 在其資料訪問引擎中內建了樂觀鎖實現。如果不用考慮外部系統對資料庫的更新操作，利用 Hibernate 提供的透明化樂觀鎖實現，將大大提升我們的生產力。
Hibernate 中可以通過 class 描述符的 optimistic-lock 屬性結合 version描述符指定。

現在，我們為之前樣本中的 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 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：通過版本機制實現樂觀鎖
dirty：通過檢查發生變動過的屬性實現樂觀鎖
all：通過檢查所有屬性實現樂觀鎖
其中通過 version 實現的樂觀鎖機制是 Hibernate 官方推薦的樂觀鎖實現，同時也是 Hibernate 中，目前唯一在資料對象脫離 Session 發生修改的情況下依然有效鎖機制。因此，一般情況下，我們都選擇 version 方式作為 Hibernate 樂觀鎖實現機制。
2 ． 添加一個 Version 屬性描述符
<hibernate-mapping>
<class table="t_user" dynamic-update="true" dynamic-insert="true"
optimistic-lock="version">
<id column="id" type="java.lang.Integer">
<generator >
</generator>
</id>
<version column="version" type="java.lang.Integer"/>
……
</class>
</hibernate-mapping>
注意 version 節點必須出現在 ID 節點之後。這裡我們聲明了一個 version 屬性，用於存放使用者的版本資訊，儲存在 TUser 表的version 欄位中。
此時如果我們嘗試編寫一段代碼，更新 TUser 表中記錄資料，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 欄位
tx.commit();
每次對 TUser 進行更新的時候，我們可以發現，資料庫中的 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 的使用者進行操作，以類比並發更新時的情形：
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();
執行以上代碼，代碼將在 tx.commit() 處拋出 StaleObjectStateException 異常，並指出版本檢查失敗，當前事務正在試圖提交一個到期資料。通過捕捉這個異常，我們就可以在樂觀鎖校正失敗時進行相應處理。