【Redis】 事务和锁机制(图文结合,最详细)

Redis事务提供原子性操作,保证命令序列化执行。事务通过Multi、Exec和Discard命令进行管理。当事务中出现命令语法错误,整个事务会被放弃;逻辑错误时,错误命令不会执行,其他正确命令继续。解决事务冲突的方法包括悲观锁和乐观锁,前者在操作前加锁,后者利用版本号检查冲突。

目录

一、Redis 事务是什么

二、Redis 事务命令操作

三、Redis 事务中的命令错误处理

3.1、事务中出现命令语法错误

3.2、事务中出现命令逻辑错误

四、事务冲突的解决办法

4.1、事务冲突问题

4.1、方法一:悲观锁

4.2、方法二:乐观锁


一、Redis 事务是什么


Redis 事务是一个原子性的操作:事务中的所有命令都会序列化,按顺序执行,事务执行过程中不会被其他客户端的命令请求打断.

例如下图:

 Redis  事务主要就是用来串联多个命令,防止其他命令插队~

二、Redis 事务命令操作


主要以下三个命令:

Multi:输入此命令开始,之后输入的命令会一次进入命令队列中,但不会执行.

Exec:让 Redis 将之前命令队列中的命令依次执行.

discard:放弃组队(删除队列中的所有命令).

例如 组队 + 执行 ,如下:

例如 组队 + 放弃组队,如下:

  

Ps:作用类似 MySQL 中的创建事务,提交/回滚事务,但不完全一样:

  • MySQL 中开启事务后,会执行之后输入的所有命令,一旦出现错误,会将回滚到开启事务的时候.
  • Redis 的使用 multi 命令后,输入的所有命令都不会执行,而是放入一个队列当中,只有执行exec 时才依次执行所有的指令,一旦出现错误,也会出现两种不同的类型(后面会具体讲).

三、Redis 事务中的命令错误处理


3.1、事务中出现命令语法错误

当在事务中出现命令的语法错误,那么在 exec 执行所有组队命令的时候,则会放弃刚刚组队的所有命令任务

3.2、事务中出现命令逻辑错误

当在事务中出现命令的逻辑错误,那么在 exec 执行所有组队命令的时候,则会放弃刚刚逻辑错误的那一条命令,其他正确的命令正常执行。

四、事务冲突的解决办法


4.1、事务冲突问题

想象这样一个场景:在我的账户里有 1000 块钱,此时我的 朋友1 和 朋友2 要同时从我的账户中取 600 块钱,由于 朋友1 取钱的时候看到的是 1000 元,朋友2 取钱的时候看到的也是 1000 元,因此账户中同时扣款中最后就只剩 -200 元,但实际上我们不允许账户出现负数情况,此时就出现了事务冲突.

如何解决呢?接着往下看~

4.1、方法一:悲观锁

顾名思义,总是假设容易发生所冲突,因此在每次操作前都会进行一个加锁的操作.

例如刚刚 事务冲突问题 中所描述的栗子,悲观锁要做的就是在每个用户操作之前先进行加锁,其他用户要访问这个资源只能先阻塞等待.

适用场景:写操作多(需要加锁的场景多), 读操作少的场景。

4.2、方法二:乐观锁

顾名思义,总假设不容易发生所冲突,因此每次操作前都不会上锁,而是给当前资源加上版本号,操作完后,修改版本号,若有其他用户来进行写操作,会先对比版本号,若版本号不符合预期,则停止操作.

例如当有两个用户同时进行取款操作,先取到款的用户会修改版本号,当用户二取款时就会发现版本号不一样,就不能在执行之前的操作(发现不一致,直接停止操作).

 适用场景:适用于读操作多,写操作少的场景,可以提高吞吐量~

<think>首先,用户的问题是:“我想了解Java锁机制的相关信息 请问Java锁机制介绍”。所以,我需要提供一个清晰的解释Java锁机制的介绍。 从系统级指令: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。但在这个上下文中,Java锁机制是关于编程的,可能没有数学表达式。如果有变量或概念,我需要处理。例如,提到CAS时,可能有数学概念,但可能不需要数学格式。指令说“包括变量、不等式、方程等”,但在Java锁机制中,常见的是变量如锁对象或线程概念。如果需要,我可以使用$...$,但尽量不要过度应用。 - 独立公式使用$$...$$并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题:在回答末尾生成相关问题,用§§相关问题§§分隔。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。引用来自用户提供的引用:[^1], [^2], [^3], [^4]。这些引用是关于Java锁机制的,所以我应该在回答中提到这些概念时引用它们。 用户提供的引用: - [^1]: 提到锁的分类:公平锁/非公平锁等。 - [^2]: 详细目录结构,涉及锁的分类、ReentrantReadWriteLock、synchronized等。 - [^3]: 关于可重入锁的例子。 - [^4]: 解释可重入锁的定义优点。 我的回答需要引用这些内容,自然地添加引用标识。 回答结构: - 结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证真实可靠。 - 使用中文。 主题:Java锁机制介绍。 核心内容包括: - 锁的基本概念:锁是用于线程同步的机制,防止多个线程同时访问共享资源。 - 分类:参考引用,列出常见的锁类型: - 公平锁 vs 非公平锁 - 可重入锁 vs 不可重入锁 - 独占锁 vs 共享锁 - 互斥锁 vs 读写锁 - 乐观锁 vs 悲观锁 - 分段锁 - 偏向锁/轻量级锁/重量级锁 - 自旋锁 - Java中的具体实现:如synchronized关键字、ReentrantLock类等。 - 锁的升级优化:如从偏向锁到重量级锁的升级。 - 优点用例:避免死锁、提高性能。 逐步介绍: 1. 引言:什么是Java锁机制?它是用于多线程编程中确保线程安全的工具。 2. 锁的分类:简要介绍主要类别。 3. 详细解释关键锁类型,如可重入锁(参考[^4]),使用例子。 4. Java中的实现:介绍synchronizedReentrantLock。 5. 锁的状态升级:偏向锁、轻量级锁、重量级锁(参考[^2])。 6. 总结锁的重要性。 生成相关问题:在回答结束后,添加相关问题部分,标记为§§相关问题§§。 引用添加:当提到具体概念时,自然地添加引用标识。例如: - “可重入锁允许同一个线程多次获取同一把锁,避免死锁”[^4]。 - 确保引用是自然的。 避免数学表达式除非必要。在Java锁机制中,可能涉及CAS操作,如果提到,可以写成$CAS$ if needed, but it's not mathematical. CAS是Compare and Swap,可以用$...$包裹变量。 回答结构: - 开头:介绍Java锁机制。 - 主体:分小节解释关键点。 - 结尾:总结。 - 然后相关问题。 确保回答真实可靠:基于提供的引用一般知识。 终输出: - 用中文。 - 末尾有相关问题。 </think>以下是关于 Java 锁机制详细介绍。Java 锁机制是多线程编程中用于实现线程同步的关键工具,它可以防止多个线程同时访问共享资源,从而避免数据不一致并发问题。锁机制并非 Java 独有,但 Java 提供了丰富的内置实现(如 `synchronized` 关键字 `java.util.concurrent.locks` 包)。接下来,我将从基础概念、常见分类、Java 核心实现等方面逐步解释,帮助您全面理解。本文内容基于您提供的引用进行整理,确保真实可靠。 ### 1. Java 锁机制的基本概念 Java 锁机制主要用于解决多线程环境下的资源竞争问题。当多个线程访问共享数据时,锁可以确保只有一个线程在特定时间内执行关键代码(临界区),从而实现线程安全。锁的核心作用是实现同步,防止并发错误如死锁或数据竞争。锁机制Java 中广泛应用于数据库操作、缓存管理等高并发场景[^1]。 ### 2. Java 锁的主要分类 Java 锁可以根据不同特性进行分类。以下是常见分类(基于引用内容整理),每个类别都有其适用场景: - **公平锁 vs 非公平锁**: - 公平锁:线程获取锁的顺序遵循先来先服务原则(FIFO),确保公平性,但可能导致性能开销。例如,`ReentrantLock` 可以通过构造函数设置为公平模式。 - 非公平锁:线程获取锁的顺序不保证公平性,可能导致线程“插队”,但通常性能更高(默认模式)。 - **可重入锁 vs 不可重入锁**: - 可重入锁:同一个线程可以多次获取同一把锁,而不会造成死锁。这在递归调用或嵌套方法中尤为重要。Java 中的 `synchronized` `ReentrantLock` 都是可重入锁。例如,在方法调用链中,线程获取锁后进入内层方法会自动持有锁[^4]。 ```java public class Test { public void a() { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); // 创建一个公平的可重入锁 lock.lock(); // 第一次获取锁 lock.lock(); // 第二次获取锁不会阻塞,因为可重入 // ... 执行代码 lock.unlock(); // 需要对应解锁 lock.unlock(); } } ``` - 不可重入锁:如果线程重复获取同一把锁,会引发死锁,因为锁无法被再次获取。 - **独占锁(写锁) vs 共享锁(读锁)**: - 独占锁:仅允许一个线程持有锁,用于写操作,防止其他线程读或写。例如,`ReentrantLock` 默认是独占锁。 - 共享锁:允许多个线程同时持有锁,用于读操作,提高并发性能。`ReentrantReadWriteLock` 实现了读写分离,读锁是共享的,写锁是独占的[^2]。 - **乐观锁 vs 悲观锁**: - 乐观锁:假设并发冲突较少,不使用锁,仅在提交时检测冲突(如使用 CAS 操作)。适合读多写少场景,例如 `java.util.concurrent.atomic` 包中的原子类。 - 悲观锁:假设并发冲突频繁,始终使用锁保护资源。例如 `synchronized` 关键字。 - **其他分类**: - **互斥锁 vs 读写锁**:互斥锁是独占锁的特例;读写锁结合了共享独占特性(如 `ReentrantReadWriteLock`)。 - **分段锁**:将数据分成多个段,每个段独立加锁,减少锁竞争。例如 `ConcurrentHashMap` 的实现。 - **偏向锁/轻量级锁/重量级锁**:这是锁状态升级的过程(详见第 4 节)。 - **自旋锁**:线程在获取锁失败时,不立即阻塞,而是循环尝试(自旋),减少上下文切换开销。常用于短时操作[^2]。 ### 3. Java 中的核心锁实现 Java 提供了多种锁实现,主要分为两类: - **内置锁(synchronized)**:使用 `synchronized` 关键字实现,是一种可重入的互斥锁。它自动管理锁状态升级(从偏向锁到重量级锁),简化编程但灵活性较低。 ```java public synchronized void method() { // 临界区代码 } ``` - **显式锁(java.util.concurrent.locks)**:通过 `Lock` 接口及其实现类提供更丰富的功能。 - `ReentrantLock`:可重入锁,支持公平性不公平性设置,提供 `tryLock` 等高级方法。 - `ReentrantReadWriteLock`:实现读写分离,提高读操作的并发性。 - `StampedLock`(JDK 8+):邮戳锁,结合乐观锁机制,性能更高,适合读多写少场景[^2]。 - `Condition`:条件变量,允许线程在特定条件下等待或唤醒,常用于生产者-消费者模式。 ### 4. 锁的状态升级优化 Java 锁(尤其是 `synchronized`)会根据线程竞争情况动态升级状态,以平衡性能安全性: - **无锁**:初始状态,没有线程竞争。使用 CAS(Compare and Swap)操作实现原子更新(例如 $CAS(\text{expectedValue}, \text{newValue})$ 比较并交换变量)。 - **偏向锁**:当只有一个线程访问时,锁被“偏向”该线程,减少开销。实现原理是标记线程 ID 在对象头中[^2][^4]。 - **轻量级锁**:当多个线程轻度竞争时,使用自旋等待。线程通过 CAS 尝试获取锁,避免阻塞。 - **重量级锁**:当竞争激烈时,锁升级为重量级锁,线程进入阻塞状态,依赖操作系统互斥量。这会增加开销但保证公平性。 锁升级的过程是不可逆的,旨在优化并发性能,避免不必要的系统调用[^2]。 ### 5. 锁机制的优势注意事项 - **优势**:可重入锁能预防死锁(如递归调用),共享锁提升读取并发性,乐观锁减少锁争用。整体上,锁机制确保了线程安全数据一致性。 - **注意事项**: - 过度使用锁可能导致性能瓶颈或死锁(例如线程相互等待)。 - 优先选择高级锁(如 `StampedLock`)来优化性能。 - 使用工具如 `CountDownLatch` 或 `Semaphore` 辅助线程协调[^2]。 Java 锁机制是多线程编程的基石,理解其分类实现可以帮助您设计高效的并发应用。建议通过实际代码(如上述示例)加深理解。
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