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Java的Hibernate框架資料庫操作中鎖的使用與查詢類型

高洛峰
高洛峰
Dec 27, 2016 pm 01:35 PM

 Hibernate與資料庫鎖定
一、為什麼要使用鎖定？

要想弄清楚鎖機制存在的原因，首先要了解事務的概念。
事務是對資料庫一系列相關的操作，它必須具備ACID特徵：

A（原子性）：要麼全部成功，要麼全部撤銷。

C（一致性）：要保持資料庫的一致性。

I（隔離性）：不同事務操作相同資料時，要有各自的資料空間。

D（持久性）：一旦交易成功結束，它對資料庫所做的更新必須永久保持。

我們常用的關係型資料庫RDBMS實現了事務的這些特性。其中，原子性、
一致性和持久性都是採用日誌來保證的。而隔離性就是由今天我們關注的
鎖機制來實現的，這就是為什麼我們需要鎖機制。

如果沒有鎖，對隔離性不加控制，可能會造成哪些後果？

更新遺失：事務1提交的資料被事務2覆蓋。

臟讀：事務2查詢到了事務1未提交的資料。

虛讀：事務2查詢到了事務1提交的新建資料。

不可重複讀取：事務2查詢到了事務1提交的更新資料。

下面來看Hibernate的例子，兩個執行緒分別開啟兩個事務操作tb_account表中
的同一行資料col_id=1。 

package com.cdai.orm.hibernate.annotation; 
  
import java.io.Serializable; 
  
import javax.persistence.Column; 
import javax.persistence.Entity; 
import javax.persistence.Id; 
import javax.persistence.Table; 
  
@Entity
@Table(name = "tb_account") 
public class Account implements Serializable { 
  
  private static final long serialVersionUID = 5018821760412231859L; 
  
  @Id
  @Column(name = "col_id") 
  private long id; 
    
  @Column(name = "col_balance") 
  private long balance; 
  
  public Account() { 
  } 
    
  public Account(long id, long balance) { 
    this.id = id; 
    this.balance = balance; 
  } 
  
  public long getId() { 
    return id; 
  } 
  
  public void setId(long id) { 
    this.id = id; 
  } 
  
  public long getBalance() { 
    return balance; 
  } 
  
  public void setBalance(long balance) { 
    this.balance = balance; 
  } 
  
  @Override
  public String toString() { 
    return "Account [id=" + id + ", balance=" + balance + "]"; 
  } 
    
}
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package com.cdai.orm.hibernate.transaction; 
  
import org.hibernate.Session; 
import org.hibernate.SessionFactory; 
import org.hibernate.Transaction; 
import org.hibernate.cfg.AnnotationConfiguration; 
  
import com.cdai.orm.hibernate.annotation.Account; 
  
public class DirtyRead { 
  
  public static void main(String[] args) { 
  
    final SessionFactory sessionFactory = new AnnotationConfiguration(). 
        addFile("hibernate/hibernate.cfg.xml").        
        configure(). 
        addPackage("com.cdai.orm.hibernate.annotation"). 
        addAnnotatedClass(Account.class). 
        buildSessionFactory(); 
      
    Thread t1 = new Thread() { 
        
      @Override
      public void run() { 
        Session session1 = sessionFactory.openSession(); 
        Transaction tx1 = null; 
        try { 
          tx1 = session1.beginTransaction(); 
          System.out.println("T1 - Begin trasaction"); 
          Thread.sleep(500); 
            
          Account account = (Account)  
              session1.get(Account.class, new Long(1)); 
          System.out.println("T1 - balance=" + account.getBalance()); 
          Thread.sleep(500); 
            
          account.setBalance(account.getBalance() + 100); 
          System.out.println("T1 - Change balance:" + account.getBalance()); 
            
          tx1.commit(); 
          System.out.println("T1 - Commit transaction"); 
          Thread.sleep(500); 
        } 
        catch (Exception e) { 
          e.printStackTrace(); 
          if (tx1 != null) 
            tx1.rollback(); 
        }  
        finally { 
          session1.close(); 
        } 
      } 
        
    }; 
      
    // 3.Run transaction 2 
    Thread t2 = new Thread() { 
        
      @Override
      public void run() { 
        Session session2 = sessionFactory.openSession(); 
        Transaction tx2 = null; 
        try { 
          tx2 = session2.beginTransaction(); 
          System.out.println("T2 - Begin trasaction"); 
          Thread.sleep(500); 
            
          Account account = (Account)  
              session2.get(Account.class, new Long(1)); 
          System.out.println("T2 - balance=" + account.getBalance()); 
          Thread.sleep(500); 
            
          account.setBalance(account.getBalance() - 100); 
          System.out.println("T2 - Change balance:" + account.getBalance()); 
            
          tx2.commit(); 
          System.out.println("T2 - Commit transaction"); 
          Thread.sleep(500); 
        } 
        catch (Exception e) { 
          e.printStackTrace(); 
          if (tx2 != null) 
            tx2.rollback(); 
        }  
        finally { 
          session2.close(); 
        } 
      } 
        
    }; 
      
    t1.start(); 
    t2.start(); 
      
    while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) { 
      try { 
        Thread.sleep(2000L); 
      } catch (InterruptedException e) { 
      } 
    } 
      
    System.out.println("Both T1 and T2 are dead."); 
    sessionFactory.close(); 
      
  } 
  
}
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事務1將col_balance減小100，而事務2將其減少100，最終結果可能是0，也
可能是200，事務1或2的更新可能會遺失。 log輸出也印證了這一點，事務1和2
的log交叉列印。 

T1 - Begin trasaction
T2 - Begin trasaction
Hibernate: select account0_.col_id as col1_0_0_, account0_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account account0_ where account0_.col_id=?
Hibernate: select account0_.col_id as col1_0_0_, account0_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account account0_ where account0_.col_id=?
T1 - balance=100
T2 - balance=100
T2 - Change balance:0
T1 - Change balance:200
Hibernate: update tb_account set col_balance=? where col_id=?
Hibernate: update tb_account set col_balance=? where col_id=?
T1 - Commit transaction
T2 - Commit transaction
Both T1 and T2 are dead.
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由此可見，隔離性是一個需要慎重考慮的問題，理解鎖很有必要。


二、有多少種鎖？

常見的有共享鎖、更新鎖和獨佔鎖。

1.共享鎖定：用於讀取資料操作，允許其他事務同時讀取。當交易執行select語句時，
資料庫會自動為交易分配一把共享鎖定來鎖定讀取的資料。
2.獨佔鎖：用於修改數據，其他事務不能讀取也不能修改。當交易執行insert、
update和delete時，資料庫會自動分配。
3.更新鎖：用於避免更新操作時共享鎖造成的死鎖，例如事務1和2同時持有
共享鎖並等待獲得獨佔鎖。執行update時，事務先獲得更新鎖，然後將
更新鎖升級成獨佔鎖，這樣就避免了死鎖。

此外，這些鎖都可以施加到資料庫中不同的物件上，即這些鎖可以有不同的粒度。
如資料庫級鎖、表級鎖、頁面級鎖、鍵級鎖和行級鎖。

所以鎖是有很多種的，這麼多鎖要想完全掌握靈活使用太難了，我們又不是DBA。
怎麼辦？還好，鎖機制對我們一般用戶來說是透明的，資料庫會自動添加合適的
鎖，並在適當的時機自動升級、降級各種鎖，真是太周到了！我們只需要做的就是
學會根據不同的業務需求，設定好隔離等級就可以了。


三、怎樣設定隔離等級？

一般來說，資料庫系統會提供四種事務隔離等級供使用者選擇：

1.Serializable（串列化）：當兩個事務同時操縱相同資料時，事務2只能停下來等。

2.Repeatable Read（可重複讀）：事務1能看到事務2新插入的數據，不能看到對
已有數據的更新。

3.Read Commited（讀取已提交資料）：事務1能看到事務2新插入和更新的資料。

4.Read Uncommited（讀未提交資料）：事務1能看到事務2沒有提交的插入和更新
資料。


四、應用程式中的鎖定

當資料庫採用Read Commited隔離等級時，可以在應用程式中採用悲觀鎖定或樂觀鎖定。

1.悲觀鎖：假定當前事務操作的資料肯定還會有其他事務訪問，因此悲觀地在應用
程式中明確指定採用獨佔鎖來鎖定資料資源。在MySQL、Oracle中支援以下形式：

select ... for update
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明確地讓select採用獨佔鎖定鎖定查詢的記錄，其他事務要查詢、更新或刪除這些被
鎖定的數據，都要等到該事務結束後才行。

在Hibernate中，可以在load時傳入LockMode.UPGRADE來採用悲觀鎖定。修改前面的例子，
在事務1和2的get方法呼叫處，多傳入一個LockMode參數。從log可以看出，事務1和2
不再是交叉運行，事務2等待事務1結束後才可以讀取數據，所以最終col_balance值是正確
的100。 

package com.cdai.orm.hibernate.transaction; 
  
import org.hibernate.LockMode; 
import org.hibernate.Session; 
import org.hibernate.SessionFactory; 
import org.hibernate.Transaction; 
  
import com.cdai.orm.hibernate.annotation.Account; 
import com.cdai.orm.hibernate.annotation.AnnotationHibernate; 
  
public class UpgradeLock { 
  
  @SuppressWarnings("deprecation") 
  public static void main(String[] args) { 
  
    final SessionFactory sessionFactory = AnnotationHibernate.createSessionFactory();  
  
    // Run transaction 1 
    Thread t1 = new Thread() { 
        
      @Override
      public void run() { 
        Session session1 = sessionFactory.openSession(); 
        Transaction tx1 = null; 
        try { 
          tx1 = session1.beginTransaction(); 
          System.out.println("T1 - Begin trasaction"); 
          Thread.sleep(500); 
            
          Account account = (Account)  
              session1.get(Account.class, new Long(1), LockMode.UPGRADE); 
          System.out.println("T1 - balance=" + account.getBalance()); 
          Thread.sleep(500); 
            
          account.setBalance(account.getBalance() + 100); 
          System.out.println("T1 - Change balance:" + account.getBalance()); 
            
          tx1.commit(); 
          System.out.println("T1 - Commit transaction"); 
          Thread.sleep(500); 
        } 
        catch (Exception e) { 
          e.printStackTrace(); 
          if (tx1 != null) 
            tx1.rollback(); 
        }  
        finally { 
          session1.close(); 
        } 
      } 
        
    }; 
      
    // Run transaction 2 
    Thread t2 = new Thread() { 
        
      @Override
      public void run() { 
        Session session2 = sessionFactory.openSession(); 
        Transaction tx2 = null; 
        try { 
          tx2 = session2.beginTransaction(); 
          System.out.println("T2 - Begin trasaction"); 
          Thread.sleep(500); 
            
          Account account = (Account)  
              session2.get(Account.class, new Long(1), LockMode.UPGRADE); 
          System.out.println("T2 - balance=" + account.getBalance()); 
          Thread.sleep(500); 
            
          account.setBalance(account.getBalance() - 100); 
          System.out.println("T2 - Change balance:" + account.getBalance()); 
            
          tx2.commit(); 
          System.out.println("T2 - Commit transaction"); 
          Thread.sleep(500); 
        } 
        catch (Exception e) { 
          e.printStackTrace(); 
          if (tx2 != null) 
            tx2.rollback(); 
        }  
        finally { 
          session2.close(); 
        } 
      } 
        
    }; 
      
    t1.start(); 
    t2.start(); 
      
    while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) { 
      try { 
        Thread.sleep(2000L); 
      } catch (InterruptedException e) { 
      } 
    } 
      
    System.out.println("Both T1 and T2 are dead."); 
    sessionFactory.close(); 
  
  } 
  
}
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T1 - Begin trasaction
T2 - Begin trasaction
Hibernate: select account0_.col_id as col1_0_0_, account0_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account account0_ with (updlock, rowlock) where account0_.col_id=?
Hibernate: select account0_.col_id as col1_0_0_, account0_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account account0_ with (updlock, rowlock) where account0_.col_id=?
T2 - balance=100
T2 - Change balance:0
Hibernate: update tb_account set col_balance=? where col_id=?
T2 - Commit transaction
T1 - balance=0
T1 - Change balance:100
Hibernate: update tb_account set col_balance=? where col_id=?
T1 - Commit transaction
Both T1 and T2 are dead.
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Hibernate對於SQLServer 2005會執行SQL：

select account0_.col_id as col1_0_0_, account0_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account account0_ with (updlock, rowlock) where account0_.col_id=?
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為選定的col_id為1的資料行加上行鎖和更新鎖定。

2.樂觀鎖：假定當前事務操作的資料不會有其他事務同時訪問，因此完全依靠資料庫
的隔離等級來自動管理鎖的工作。在應用程式中採用版本控制來避免可能低機率出現
的並發問題。

在Hibernate中，使用Version註解來定義版本號欄位。

Java的Hibernate框架資料庫操作中鎖的使用與查詢類型

将DirtyLock中的Account对象替换成AccountVersion，其他代码不变，执行出现异常。

package com.cdai.orm.hibernate.transaction; 
  
import javax.persistence.Column; 
import javax.persistence.Entity; 
import javax.persistence.Id; 
import javax.persistence.Table; 
import javax.persistence.Version; 
  
@Entity
@Table(name = "tb_account_version") 
public class AccountVersion { 
  
  @Id
  @Column(name = "col_id") 
  private long id; 
    
  @Column(name = "col_balance") 
  private long balance; 
    
  @Version
  @Column(name = "col_version") 
  private int version; 
  
  public AccountVersion() { 
  } 
  
  public AccountVersion(long id, long balance) { 
    this.id = id; 
    this.balance = balance; 
  } 
  
  public long getId() { 
    return id; 
  } 
  
  public void setId(long id) { 
    this.id = id; 
  } 
  
  public long getBalance() { 
    return balance; 
  } 
  
  public void setBalance(long balance) { 
    this.balance = balance; 
  } 
  
  public int getVersion() { 
    return version; 
  } 
  
  public void setVersion(int version) { 
    this.version = version; 
  } 
    
}
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log如下：

T1 - Begin trasaction
T2 - Begin trasaction
Hibernate: select accountver0_.col_id as col1_0_0_, accountver0_.col_balance as col2_0_0_, accountver0_.col_version as col3_0_0_ from tb_account_version accountver0_ where accountver0_.col_id=?
Hibernate: select accountver0_.col_id as col1_0_0_, accountver0_.col_balance as col2_0_0_, accountver0_.col_version as col3_0_0_ from tb_account_version accountver0_ where accountver0_.col_id=?
T1 - balance=1000
T2 - balance=1000
T1 - Change balance:900
T2 - Change balance:1100
Hibernate: update tb_account_version set col_balance=?, col_version=? where col_id=? and col_version=?
Hibernate: update tb_account_version set col_balance=?, col_version=? where col_id=? and col_version=?
T1 - Commit transaction
2264 [Thread-2] ERROR org.hibernate.event.def.AbstractFlushingEventListener - Could not synchronize database state with session
org.hibernate.StaleObjectStateException: Row was updated or deleted by another transaction (or unsaved-value mapping was incorrect): [com.cdai.orm.hibernate.transaction.AccountVersion#1]
   at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.check(AbstractEntityPersister.java:1934)
   at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.update(AbstractEntityPersister.java:2578)
   at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.updateOrInsert(AbstractEntityPersister.java:2478)
   at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.update(AbstractEntityPersister.java:2805)
   at org.hibernate.action.EntityUpdateAction.execute(EntityUpdateAction.java:114)
   at org.hibernate.engine.ActionQueue.execute(ActionQueue.java:268)
   at org.hibernate.engine.ActionQueue.executeActions(ActionQueue.java:260)
   at org.hibernate.engine.ActionQueue.executeActions(ActionQueue.java:180)
   at org.hibernate.event.def.AbstractFlushingEventListener.performExecutions(AbstractFlushingEventListener.java:321)
   at org.hibernate.event.def.DefaultFlushEventListener.onFlush(DefaultFlushEventListener.java:51)
   at org.hibernate.impl.SessionImpl.flush(SessionImpl.java:1206)
   at org.hibernate.impl.SessionImpl.managedFlush(SessionImpl.java:375)
   at org.hibernate.transaction.JDBCTransaction.commit(JDBCTransaction.java:137)
   at com.cdai.orm.hibernate.transaction.VersionLock$2.run(VersionLock.java:93)
Both T1 and T2 are dead.
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由于乐观锁完全将事务隔离交给数据库来控制，所以事务1和2交叉运行了，事务1提交
成功并将col_version改为1，然而事务2提交时已经找不到col_version为0的数据了，所以
抛出了异常。

Java的Hibernate框架資料庫操作中鎖的使用與查詢類型

Hibernate查询方法比较
Hibernate主要有三种查询方法：

1.HQL (Hibernate Query Language)

和SQL很类似，支持分页、连接、分组、聚集函数和子查询等特性，
但HQL是面向对象的，而不是面向关系数据库中的表。正因查询语句
是面向Domain对象的，所以使用HQL可以获得跨平台的好处，Hibernate
会自动帮我们根据不同的数据库翻译成不同的SQL语句。这在需要支持
多种数据库或者数据库迁移的应用中是十分方便的。

但得到方便的同时，由于SQL语句是由Hibernate自动生成的，所以这不
利于SQL语句的效率优化和调试，当数据量很大时可能会有效率问题，
出了问题也不便于排查解决。

2.QBC/QBE (Query by Criteria/Example)

QBC/QBE是通过组装查询条件或者模板对象来执行查询的。这在需要
灵活地支持许多查询条件自由组合的应用中是比较方便的。同样的问题
是由于查询语句是自由组装的，创建一条语句的代码可能很长，并且
包含许多分支条件，很不便于优化和调试。

3.SQL

Hibernate也支持直接执行SQL的查询方式。这种方式牺牲了Hibernate跨
数据库的优点，手工地编写底层SQL语句，从而获得最好的执行效率，
相对前两种方法，优化和调试方便了一些。

下面来看一组简单的例子。

package com.cdai.orm.hibernate.query; 
  
import java.util.Arrays; 
import java.util.List; 
  
import org.hibernate.Criteria; 
import org.hibernate.Query; 
import org.hibernate.Session; 
import org.hibernate.SessionFactory; 
import org.hibernate.cfg.AnnotationConfiguration; 
import org.hibernate.criterion.Criterion; 
import org.hibernate.criterion.Example; 
import org.hibernate.criterion.Expression; 
  
import com.cdai.orm.hibernate.annotation.Account; 
  
public class BasicQuery { 
  
  public static void main(String[] args) { 
  
    SessionFactory sessionFactory = new AnnotationConfiguration(). 
                      addFile("hibernate/hibernate.cfg.xml").        
                      configure(). 
                      addPackage("com.cdai.orm.hibernate.annotation"). 
                      addAnnotatedClass(Account.class). 
                      buildSessionFactory(); 
  
    Session session = sessionFactory.openSession(); 
  
    // 1.HQL 
    Query query = session.createQuery("from Account as a where a.id=:id"); 
    query.setLong("id", 1); 
    List result = query.list(); 
    for (Object row : result) { 
      System.out.println(row); 
    } 
  
    // 2.QBC 
    Criteria criteria = session.createCriteria(Account.class); 
    criteria.add(Expression.eq("id", new Long(2))); 
    result = criteria.list(); 
    for (Object row : result) { 
      System.out.println(row); 
    } 
      
    // 3.QBE 
    Account example= new Account(); 
    example.setBalance(100); 
    result = session.createCriteria(Account.class). 
            add(Example.create(example)). 
            list(); 
    for (Object row : result) { 
      System.out.println(row); 
    } 
      
    // 4.SQL 
    query = session.createSQLQuery( 
        " select top 10 * from tb_account order by col_id desc "); 
    result = query.list(); 
    for (Object row : result) { 
      System.out.println(Arrays.toString((Object[]) row)); 
  } 
      
    session.close(); 
  } 
  
}
登入後複製
Hibernate: select account0_.col_id as col1_0_, account0_.col_balance as col2_0_ from tb_account account0_ where account0_.col_id=?
Account [id=1, balance=100]
Hibernate: select this_.col_id as col1_0_0_, this_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account this_ where this_.col_id=?
Account [id=2, balance=100]
Hibernate: select this_.col_id as col1_0_0_, this_.col_balance as col2_0_0_ from tb_account this_ where (this_.col_balance=?)
Account [id=1, balance=100]
Account [id=2, balance=100]
Hibernate: select top 10 * from tb_account order by col_id desc
[2, 100]
[1, 100]
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从log中可以清楚的看到Hibernate对于生成的SQL语句的控制，具体选择
哪种查询方式就要看具体应用了。

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