非阻塞算法思想在关系数据库应用程序开发中的使用

非阻塞算法思想在关系数据库应用程序开发中的使用

非阻塞算法的关键思想就是CAS，CAS是compare and set的缩写，也常被称为lock-free或者wait-free，通过把compare和set两个操作原子化，使得不需要使用锁，但是能够解决并发中的资源争用问题。由于CAS常常是一个回退算法+死循环，所以又被称为spin-lock。由于CAS没有使用锁，线程持续执行，又称为非阻塞算法（non-blocking）。术语不统一，但是都差不多表示同一个东西，我都列在这里，方便初学者理解。

CAS通常并发性能会更好，原因有二：
1、CAS由硬件提供指令支持
2、整个思路属于乐观锁定，而不同于其他类型的锁所采用的悲观锁定，大多数并发程序，冲突发生时间较少，所以乐观锁定更高效。

非阻塞算法是当前的一个研究热点，也越来流行。其显著的优势在于避免了锁带来的问题，而其主要缺点在于与等价的有锁算法比较而言，非阻塞算法的实现要复杂一些。在Java中，doug lea为我们带来util.concurrent包，CAS在整个并发框架中深入应用，不单提高了效率（atomic），而且提高了接口可用性（例如CurrentMap的putIfAbsent）。

有人说，CAS这种技术底层框架提供，不需要了解，其实不然，CAS思想可以应用任何地方，包括数据结构、服务接口、数据库应用等等。我这篇文章要讲的内容就是在关系数据库应用中使用CAS思想。

闲话少说，言归正传！

关系数据库数据库提供了"update T set FState = xx where FState = xx"，执行这样的SQL，会返回一个更新行数，在jdbc或者odbc或者ADO .NET中都可以获得更新行数。上面的SQL，如果更新行数>0，则是更新成功，否则是没有进行任何更新，这是很典型的CAS。可以说，关系数据库原生支持CAS。

例如，现在有一个表：

<!--<br><br>Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)<br>http://www.CodeHighlighter.com/<br><br>-->Create Table T_COUNTER (FName VARCHAR, FCOUNT INT)

这个表存储一些计数器，程序需要对其中的一个计数器进行getAndIncrement的操作，实现如下：

<!--<br><br>Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)<br>http://www.CodeHighlighter.com/<br><br>-->// incremnt的实现算法在这个方法里
// 三点：外部循环、成功执行操作则退出循环、不成功则重来
public int getAndIncrement(String name) {
    for (;;) {
        int expectValue = getCurrentValue(name);
        int updateValue = expectValue + 1;
        if (updateCounter(name, expectValue, updateValue)) return expectValue;
    }
}

public boolean updateCounter(String name, int expectValue, int updateValue) {
    String sql = "UPDATE T_COUNTER SET FCOUNT = @updateValue WHERE FName = @name AND FCOUNT = @expectValue";
    int updateCount = executeUpdate(sql);
    return updateCount > 0;
}

public int getCurrentValue(String name) {
    // SELECT FCOUNT FROM T_COUNTER WHERE FNAME = @name
    // TODO 执行这段SQL，返回FCOUNT的值
    return 0;
}

private int executeUpdate(String sql) {
    // TODO 执行SQL，返回更新行数
    return 0;
}

这样的实现，避免SQL Server中使用locking hints，Oracle、DB2、MySQL中使用select for update长时间锁定T_COUNTER表，性能更好，也更通用。要知道使用locking hints，不同厂商的数据库的实现是不一样的，Oracle和Microsoft SQL Server就相差很大。

这样做的优点：
1、性能更好
2、锁表时间更短
3、基于标准SQL，不同的关系数据库通用
4、上述实现并不复杂