多線程事務控制

一、基本概念

事務是指作為單一邏輯工作單元執行的一系列操作。多線程事務控制就是在多線程並發環境下對事務進行管理和控制，保證事務的原子性、一致性、隔離性和持久性。

原子性是指事務中的所有操作都要麼全部提交成功，要麼全部回滾。而一致性是指事務中的操作必須遵循一定的約束條件，以保證最終結果符合業務需求。隔離性是指事務之間互不干擾，每個事務都像獨立運行一樣。最終，持久性是指事務一旦提交，其結果應該持久保存在系統中。

多線程事務控制的基本原理是將並發執行的事務序列化，使它們之間不會產生不一致的結果。多線程事務控制的實現方式有多種，例如：數據庫的事務控制、Java中的ThreadLocal等。下面我們將詳細講解其中的一些常見實現方式。

二、數據庫鎖

在數據庫中，鎖是保證多線程事務控制的重要手段。數據庫鎖分為共享鎖(S鎖)和排他鎖(X鎖)。共享鎖可以讓多個讀操作訪問同一份數據，但是不允許寫操作。而排他鎖則只允許一個事務訪問數據，其他事務需要等待。

下面是Java代碼，使用JDBC來控制事務：

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);
}

上面的代碼中，首先使用`setAutoCommit(false)`方法關閉數據庫的自動提交功能，開啟一個事務。如果所有的操作都執行成功，則調用`commit()`方法提交事務。如果出現異常，就調用`rollback()`方法回滾事務，保證數據的一致性。

三、ThreadLocal

ThreadLocal是Java中的一個非常重要的多線程控制工具。它可以讓每個線程都擁有自己的變量副本，從而解決了多線程同時訪問變量的問題。在多線程事務控制中，ThreadLocal可以用來保存每個線程的事務狀態。

下面的代碼演示了如何在多線程環境下使用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();
}

上面的代碼中，我們創建了一個名為CURRENT_TRANSACTION的ThreadLocal變量，用於保存每個線程的事務狀態。`startTransaction()`方法啟動一個新的事務，`finishTransaction()`方法提交事務，`rollbackTransaction()`方法回滾事務。

四、synchronized鎖

除了數據庫鎖和ThreadLocal，Java中的synchronized也可以用於多線程事務控制。使用synchronized關鍵字對共享資源進行加鎖，可以保證代碼塊只能被一個線程訪問。這樣就避免了多個線程同時操作共享資源而產生的問題。

下面是使用synchronized鎖實現的多線程事務：

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

public static void transfer(int amount) throws InterruptedException {
  synchronized(lock) {
    Thread.sleep(100); // 模擬耗時操作
    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);
}

上面的代碼中，我們使用synchronized塊對balance變量進行了加鎖，保證了線程安全。Thread.sleep(100)模擬了一些耗時的操作。

五、樂觀鎖

樂觀鎖是一種無鎖的並發控制方法。它通過對數據版本進行控制，來保證多個線程同時對同一份數據進行操作時，不會發生衝突。樂觀鎖一般使用版本號或時間戳來實現。

下面的代碼演示了如何使用樂觀鎖來進行多線程事務控制：

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); // 模擬耗時操作
    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());
}

上面的代碼中，我們創建了一個Account類，用於模擬銀行賬戶。使用synchronized塊對transfer()和add()方法進行加鎖，保證線程安全。在Account類中添加了一個version變量，用於記錄賬戶的版本號，同時每次進行操作後都會將version加1。當執行transfer()方法時，先判斷版本號是否相同，相同則進行轉賬操作，否則拋出異常。這樣就保證了賬戶不會被重複轉賬。