【Java】@Transactional事务套着ReentrantLock锁，锁竟然失效超卖了

原创

JavaDog程序狗

发布于 2024-09-25 08:20:07

3750

发布于 2024-09-25 08:20:07

文章被收录于专栏：后端

前言

🍊缘由

Java事务套着锁，就像女色缠着我

🏀事情起因：

大家好，我是JavaDog程序狗

在一个阳光明媚的中午，我的师傅突然找到我，问了我如下一个问题：

Java中已经加了锁，为什么结果却还是超卖了！

先解释下上述的几个关键词

我的师傅：前阿里大牛，目前屈居青岛大厂管理岗......此处省略一万字夸赞
加锁：模拟使用ReentrantLock加锁，多线程下建议使用Redisson分布式锁实现
超卖：是指系统允许多个用户购买或预订超过实际可用数量的资源

各位小伙伴先有个印象，后续本狗会详细讲解关键词

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🎯主要目标

实现4大重点

1. 什么是超卖

2. 超卖如何解决

3. 事务套锁失效问题

4. 解决锁失效问题

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正文

🍅情景前置

空调租赁充值时长超卖问题

因我师傅遇到的问题代码涉及隐私，我们就模拟一个场景来分析我们的问题

举例🌰

炎炎夏日，狗哥宿舍因忍受不了酷热，租赁了一台空调，大家在清爽空调的吹拂下渐渐迷失自我

随着租赁时长到期，空调暂停工作，需要我们充值空调使用时长

我们宿舍100个赤膊大汉，分分掏出自己手机同时进行空调使用时长充值......并发超卖问题由此而来

为此设计了一个设备表，用于下方演示调试

CREATE TABLE `device` (
  `id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '主键',
  `use_times` int(10) DEFAULT '0' COMMENT '使用时长',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

🥦目标分析

一. 什么是超卖？

系统允许多个用户购买或预订超过实际可用数量的资源

👽人话解释

某件商品库存数量1件，结果卖给2个人；更形象的就是双胞胎，一个爱情结晶却喜提两个宝贝

结合上述情景前置，就是宿舍这100个人同时并发操作，按照正常逻辑每个人充值都会在基数+1小时，则总使用时长应为100。

但因为多线程并发问题，可能会导致A和B同时处理逻辑时，获取基数都是同一个，+1后同时更新入库，这样最终的总使用时长就会小于100，出现超卖问题。

出现超卖的代码

@GetMapping("/A")
@Operation(summary = "方式A-更新设备-普通方法(会出现超卖)")
public void payA(@RequestParam Long deviceId) throws InterruptedException {
    for(int i=0; i<100; i++){
        // 暂停20毫秒，模拟不同时间，不同人请求并发
        Thread.sleep(20);
        // 模拟是个100线程
        new Thread(() -> {
            // 更新设备-普通方法
            deviceService.updateDeviceNormal(deviceId);
        }).start();
    }
}

@Override
public void updateDeviceNormal(Long deviceId) {
    Device device = this.getById(deviceId);
    LambdaUpdateWrapper<Device> updateWrapper = new LambdaUpdateWrapper<>();
    updateWrapper.eq(Device::getId, deviceId);
    updateWrapper.set(Device::getUseTimes, device.getUseTimes()+1);
    this.update(updateWrapper);
}

出现超卖的代码截图

出现超卖的代码调试

可以启动本狗代码，访问http://localhost:1026/lock ，查看swagger文档，或者使用postman都是一样的

出现超卖测试结果

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二. 超卖如何解决

乐观锁通常通过在数据库表中增加一个版本号（version）字段来实现。在更新时，系统会检查当前版本号是否与请求时的版本号相匹配，如果匹配则更新，否则认为数据已被其他事务修改，当前事务失败。
悲观锁在数据被读取时就锁定数据，直到事务结束。在数据库中，可以通过SELECT ... FOR UPDATE语句来实现，这会阻止其他事务对锁定的数据进行修改，直到当前事务完成。
分布式锁在分布式系统中，单个节点的锁机制不足以保证数据的一致性，因此需要使用分布式锁，如Redisson
代码锁使用 synchronized 关键字或者使用 ReentrantLock等

解决方式有很多种，我们举例以ReentrantLock为例，但首先我们要了解什么是ReentrantLock?

ReentrantLock 是 Java 平台上的一个可重入的互斥锁，它属于 java.util.concurrent.locks 包的一部分。与传统的 synchronized 关键字相比，ReentrantLock 提供了更多高级功能和更大的灵活性。

再啰嗦解释一下，什么是可重入的互斥锁？

可重入的互斥锁是一种特殊的锁机制，它允许在同一个线程内多次获取而不造成死锁。通常，互斥锁（mutex）在一个线程获取后，会阻止其他线程获取该锁，直到锁被释放。然而，可重入的互斥锁允许一个线程在已经获取了锁的情况下再次获取锁，而不会引起死锁，而是增加锁的持有计数。当这个线程最终释放锁时，它必须释放相同的次数才能完全释放锁，让其他线程有机会获取。

加入ReentrantLock代码

@GetMapping("/B")
@Operation(summary = "方式B-更新设备-使用ReentrantLock(不会出现超卖)")
public void payB(@RequestParam Long deviceId) throws InterruptedException {
    // 模拟是个10线程
    for(int i=0; i<100; i++){
        // 暂停20毫秒，模拟不同时间，不同人请求并发
        Thread.sleep(20);
        // 创建线程
        new Thread(() -> {
            // 更新设备-使用ReentrantLock。
            deviceService.updateDeviceByLock(deviceId);
        }).start();
    }
}

Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void updateDeviceByLock(Long deviceId) {
    lock.lock();
    Device device = this.getById(deviceId);
    LambdaUpdateWrapper<Device> updateWrapper = new LambdaUpdateWrapper<>();
    updateWrapper.eq(Device::getId, deviceId);
    updateWrapper.set(Device::getUseTimes, device.getUseTimes()+1);
    try {
        this.update(updateWrapper);
    } catch (Exception e) {
        throw new RuntimeException(e);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

加入ReentrantLock代码截图

ReentrantLock代码调试

ReentrantLock测试结果

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三. 事务套锁失效问题

上面第二步已经通过加入ReentrantLock成功解决超卖问题

BUT，我师傅的代码中却还存在超卖问题，排查一下，原来在锁外面加入了事务@Transactional

事务套锁失效代码

@GetMapping("/C")
@Operation(summary = "方式C-更新设备-使用事务套锁(锁失效)")
public void payC(@RequestParam Long deviceId) throws InterruptedException {
    for(int i=0; i<100; i++){
        // 暂停20毫秒，模拟不同时间，不同人请求并发
        Thread.sleep(20);
        // 模拟是个100线程
        new Thread(() -> {
            // 更新-使用事务套锁
            deviceService.updateDeviceByTansaction(deviceId);
        }).start();
    }
}

@Override
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public void updateDeviceByTansaction(Long deviceId) {
    // 加锁
    lock.lock();
    Device device = this.getById(deviceId);
    LambdaUpdateWrapper<Device> updateWrapper = new LambdaUpdateWrapper<>();
    updateWrapper.eq(Device::getId, deviceId);
    updateWrapper.set(Device::getUseTimes, device.getUseTimes()+1);
    try {
        this.update(updateWrapper);
    } catch (Exception e) {
        throw new RuntimeException(e);
    } finally {
        // 解锁
        lock.unlock();
    }
}

事务套锁失效代码截图

事务套锁失效代码调试

事务套锁失效测试结果

❓为什么加入事务就导致锁失效了呢？

✅答案是因为事务边界问题

使用@Transactional 注解来管理事务，但锁的获取和释放并没有放在事务边界之内。这意味着如果在事务提交之前锁就被释放了，其他线程可能在当前事务结束之前修改相同的数据，这会导致数据不一致。

四. 解决锁失效问题

通过上面分析事务套锁失效问题，我们可以采取事务边界缩小，尽量不要让事务边界过大，从而导致包裹着锁导致并发数据问题

事务边界缩小代码

@GetMapping("/D")
@Operation(summary = "方式D-更新设备-缩小事务便捷方法(锁正常-不会出现超卖)")
public void payD(@RequestParam Long deviceId) throws InterruptedException {
    for(int i=0; i<100; i++){
        // 暂停20毫秒，模拟不同时间，不同人请求并发
        Thread.sleep(20);
        // 模拟是个100线程
        new Thread(() -> {
            // 更新-使用原子性更新
            deviceService.updateDeviceByReduce(deviceId);
        }).start();
    }
}

@Override
public void updateDeviceByReduce(Long deviceId) {
     try {
         // 加锁
         lock.lock();
         this.updateDevice(deviceId);
     } finally {
         // 解锁
         lock.unlock();
     }
 }

 @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
 public void updateDevice(Long deviceId){
     Device device = this.getById(deviceId);
     LambdaUpdateWrapper<Device> updateWrapper = new LambdaUpdateWrapper<>();
     updateWrapper.eq(Device::getId, deviceId);
     updateWrapper.set(Device::getUseTimes, device.getUseTimes()+1);
     this.update(updateWrapper);
 }