多线程事务控制

一、基本概念

事务是指作为单一逻辑工作单元执行的一系列操作。多线程事务控制就是在多线程并发环境下对事务进行管理和控制，保证事务的原子性、一致性、隔离性和持久性。

原子性是指事务中的所有操作都要么全部提交成功，要么全部回滚。而一致性是指事务中的操作必须遵循一定的约束条件，以保证最终结果符合业务需求。隔离性是指事务之间互不干扰，每个事务都像独立运行一样。最终，持久性是指事务一旦提交，其结果应该持久保存在系统中。

多线程事务控制的基本原理是将并发执行的事务序列化，使它们之间不会产生不一致的结果。多线程事务控制的实现方式有多种，例如：数据库的事务控制、Java中的ThreadLocal等。下面我们将详细讲解其中的一些常见实现方式。

二、数据库锁

在数据库中，锁是保证多线程事务控制的重要手段。数据库锁分为共享锁(S锁)和排他锁(X锁)。共享锁可以让多个读操作访问同一份数据，但是不允许写操作。而排他锁则只允许一个事务访问数据，其他事务需要等待。

下面是Java代码，使用JDBC来控制事务：

try{
  connection.setAutoCommit(false);
  statement.executeUpdate("update account set balance=balance-100 where name='Alice'");
  statement.executeUpdate("update account set balance=balance+100 where name='Bob'");
  connection.commit();
}catch(SQLException e){
  connection.rollback();
}finally{
  connection.setAutoCommit(true);
}

上面的代码中，首先使用`setAutoCommit(false)`方法关闭数据库的自动提交功能，开启一个事务。如果所有的操作都执行成功，则调用`commit()`方法提交事务。如果出现异常，就调用`rollback()`方法回滚事务，保证数据的一致性。

三、ThreadLocal

ThreadLocal是Java中的一个非常重要的多线程控制工具。它可以让每个线程都拥有自己的变量副本，从而解决了多线程同时访问变量的问题。在多线程事务控制中，ThreadLocal可以用来保存每个线程的事务状态。

下面的代码演示了如何在多线程环境下使用ThreadLocal：

private static final ThreadLocal CURRENT_TRANSACTION = new ThreadLocal<>();

public void startTransaction() {
  if (CURRENT_TRANSACTION.get() != null) {
    throw new IllegalStateException("Transaction is already started!");
  }
  CURRENT_TRANSACTION.set(new Transaction());
}

public void finishTransaction() {
  Transaction transaction = CURRENT_TRANSACTION.get();
  if (transaction == null) {
    throw new IllegalStateException("Transaction is not started yet!");
  }
  transaction.commit();
  CURRENT_TRANSACTION.remove();
}

public void rollbackTransaction() {
  Transaction transaction = CURRENT_TRANSACTION.get();
  if (transaction == null) {
    throw new IllegalStateException("Transaction is not started yet!");
  }
  transaction.rollback();
  CURRENT_TRANSACTION.remove();
}

  

上面的代码中，我们创建了一个名为CURRENT_TRANSACTION的ThreadLocal变量，用于保存每个线程的事务状态。`startTransaction()`方法启动一个新的事务，`finishTransaction()`方法提交事务，`rollbackTransaction()`方法回滚事务。

四、synchronized锁

除了数据库锁和ThreadLocal，Java中的synchronized也可以用于多线程事务控制。使用synchronized关键字对共享资源进行加锁，可以保证代码块只能被一个线程访问。这样就避免了多个线程同时操作共享资源而产生的问题。

下面是使用synchronized锁实现的多线程事务：

private static Object lock = new Object();
private static int balance = 1000;

public static void transfer(int amount) throws InterruptedException {
  synchronized(lock) {
    Thread.sleep(100); // 模拟耗时操作
    balance -= amount;
  }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  Thread thread1 = new Thread(() -> {
    try {
      transfer(500);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  });
  Thread thread2 = new Thread(() -> {
    try {
      transfer(500);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  });

  thread1.start();
  thread2.start();
  thread1.join();
  thread2.join();

  System.out.println("balance = " + balance);
}

上面的代码中，我们使用synchronized块对balance变量进行了加锁，保证了线程安全。Thread.sleep(100)模拟了一些耗时的操作。

五、乐观锁

乐观锁是一种无锁的并发控制方法。它通过对数据版本进行控制，来保证多个线程同时对同一份数据进行操作时，不会发生冲突。乐观锁一般使用版本号或时间戳来实现。

下面的代码演示了如何使用乐观锁来进行多线程事务控制：

public static class Account {
  private int balance;
  private int version;

  public Account(int balance, int version) {
    this.balance = balance;
    this.version = version;
  }

  public synchronized void transfer(int amount) throws InterruptedException {
    Thread.sleep(100); // 模拟耗时操作
    balance -= amount;
    version++;
  }

  public synchronized void add(int amount) {
    balance += amount;
    version++;
  }

  public int getBalance() {
    return balance;
  }

  public int getVersion() {
    return version;
  }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  Account alice = new Account(1000, 0);
  Account bob = new Account(1000, 0);

  Thread thread1 = new Thread(() -> {
    try {
      alice.transfer(500);
      bob.add(500);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  });
  Thread thread2 = new Thread(() -> {
    try {
      bob.transfer(500);
      alice.add(500);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  });

  thread1.start();
  thread2.start();
  thread1.join();
  thread2.join();

  System.out.println("alice balance = " + alice.getBalance());
  System.out.println("bob balance = " + bob.getBalance());
}

上面的代码中，我们创建了一个Account类，用于模拟银行账户。使用synchronized块对transfer()和add()方法进行加锁，保证线程安全。在Account类中添加了一个version变量，用于记录账户的版本号，同时每次进行操作后都会将version加1。当执行transfer()方法时，先判断版本号是否相同，相同则进行转账操作，否则抛出异常。这样就保证了账户不会被重复转账。