巧用CAS解決數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題

緣起：在高并發(fā)的分布式環(huán)境下，對(duì)于數(shù)據(jù)的查詢與修改容易引發(fā)一致性問(wèn)題，本文將分享一種非常簡(jiǎn)單但有效的優(yōu)化方法。

一、業(yè)務(wù)場(chǎng)景

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業(yè)務(wù)場(chǎng)景為，購(gòu)買(mǎi)商品的過(guò)程要對(duì)余額進(jìn)行查詢與修改，大致的業(yè)務(wù)流程如下：

（1）從數(shù)據(jù)庫(kù)查詢用戶現(xiàn)有余額 SELECT money FROM t_yue WHERE uid=$uid，不妨設(shè)查詢出來(lái)的$old_money=100元

（2）業(yè)務(wù)層實(shí)施業(yè)務(wù)邏輯，比如購(gòu)買(mǎi)一個(gè)80元的商品，并且打九折

if($old_money> 80*0.9) $new_money=$old_money-80*0.9=28

（3）將數(shù)據(jù)庫(kù)中的余額進(jìn)行修改 UPDAtE t_yue SET money=$new_money WHERE uid=$uid

在并發(fā)量低的情況下，這個(gè)流程沒(méi)有任何問(wèn)題，原有金額100元，購(gòu)買(mǎi)了80元的九折商品（72元），剩余28元。

二、潛在的問(wèn)題

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在分布式環(huán)境中，如果并發(fā)量很大，這種“查詢+修改”的業(yè)務(wù)很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。極限情況下，可能出現(xiàn)這樣的異常流程：

（1）業(yè)務(wù)1和業(yè)務(wù)2同時(shí)查詢余額，是100元

（2）業(yè)務(wù)1和業(yè)務(wù)2進(jìn)行邏輯計(jì)算，算出各自業(yè)務(wù)的余額，假設(shè)業(yè)務(wù)1算出的余額是28元，業(yè)務(wù)2算出的余額是38元

（3）業(yè)務(wù)1對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的余額先進(jìn)行修改，設(shè)置成28元。

業(yè)務(wù)2對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的余額后進(jìn)行修改，設(shè)置成38元。

此時(shí)異常出現(xiàn)了，原有金額100元，業(yè)務(wù)1扣除了72元，業(yè)務(wù)2扣除了62元，最后剩余38元。

三、問(wèn)題原因

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高并發(fā)環(huán)境下，對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)讀（兩邊都讀出余額是100）與并發(fā)寫(xiě)（一個(gè)寫(xiě)回28，一個(gè)寫(xiě)回38）導(dǎo)致的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。

四、原因分析

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業(yè)務(wù)1的寫(xiě)回：原有金額100，這是一個(gè)初始狀態(tài)，寫(xiě)回金額28，理論上只有在原有金額為100的時(shí)候才允許寫(xiě)回成功，這一步?jīng)]問(wèn)題。

業(yè)務(wù)2的寫(xiě)回：的原有金額100，這是一個(gè)初始狀態(tài)，寫(xiě)回金額38，理論上只有在原有金額為100的時(shí)候才允許寫(xiě)回成功，可實(shí)際上，這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)庫(kù)中的金額已經(jīng)變?yōu)?8了，這一步的寫(xiě)操作不應(yīng)該成功。

五、簡(jiǎn)易解決方案

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在set寫(xiě)回的時(shí)候，加上初始狀態(tài)的條件compare，只有初始狀態(tài)不變時(shí)，才允許set寫(xiě)回成功，這正是大家常說(shuō)的“Compare And Set”（CAS），是一種常見(jiàn)的降低讀寫(xiě)鎖沖突，保證數(shù)據(jù)一致性的方法。

六、業(yè)務(wù)的升級(jí)

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業(yè)務(wù)線使用CAS解決高并發(fā)時(shí)數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題，只需要在進(jìn)行set操作時(shí)，compare一下初始值，如果初始值變換，不允許set成功。

對(duì)于上文中的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，只需要將“UPDAtEt_yue SET money=$new_money WHERE uid=$uid”升級(jí)為

“UPDAtE t_yue SETmoney=$new_money WHERE uid=$uid AND money=$old_money”即可。

并發(fā)操作發(fā)生時(shí)：

業(yè)務(wù)1執(zhí)行 => UPDAtE t_yue SET money=28 WHERE uid=$uid AND money=100

業(yè)務(wù)2執(zhí)行 => UPDAtE t_yue SET money=38 WHERE uid=$uid AND money=100

【這兩個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行時(shí)，只能有一個(gè)執(zhí)行成功】。

七、怎么判斷哪個(gè)執(zhí)行成功，哪個(gè)執(zhí)行失敗

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set操作，其實(shí)無(wú)所謂成功或者失敗，業(yè)務(wù)能通過(guò)affect rows得知哪個(gè)修改沒(méi)有成功：

執(zhí)行成功的業(yè)務(wù)，affect rows為1

執(zhí)行失敗的業(yè)務(wù)，affect rows為0

八、總結(jié)

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高并發(fā)“查詢并修改”的場(chǎng)景，可以用CAS（Compare and Set）的方式解決數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。對(duì)應(yīng)到業(yè)務(wù)，即在set的時(shí)候，加上初始條件的比對(duì)。