分布式鎖如何實(shí)現(xiàn)
這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)分布式鎖如何實(shí)現(xiàn)，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。
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分布式鎖三種實(shí)現(xiàn)方式：1、基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖；2、基于緩存（redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖；3、基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖。從性能角度（從高到低）來(lái)看：“緩存方式>Zookeeper方式>=數(shù)據(jù)庫(kù)方式”。
分布式鎖三種實(shí)現(xiàn)方式：
1. 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖；
2. 基于緩存（Redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖；
3. 基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖；
一， 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖
1. 悲觀鎖
利用select … where … for update 排他鎖
注意: 其他附加功能與實(shí)現(xiàn)一基本一致，這里需要注意的是“where name=lock ”，name字段必須要走索引，否則會(huì)鎖表。有些情況下，比如表不大，MySQL優(yōu)化器會(huì)不走這個(gè)索引，導(dǎo)致鎖表問(wèn)題。
2. 樂(lè)觀鎖
所謂樂(lè)觀鎖與前邊最大區(qū)別在于基于CAS思想，是不具有互斥性，不會(huì)產(chǎn)生鎖等待而消耗資源，操作過(guò)程中認(rèn)為不存在并發(fā)沖突，只有update version失敗后才能覺(jué)察到。我們的搶購(gòu)、秒殺就是用了這種實(shí)現(xiàn)以防止超賣(mài)。
通過(guò)增加遞增的版本號(hào)字段實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖
二， 基于緩存（Redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖
1. 使用命令介紹：
（1）SETNX
SETNX key val：當(dāng)且僅當(dāng)key不存在時(shí)，set一個(gè)key為val的字符串，返回1；若key存在，則什么都不做，返回0。
（2）expire
expire key timeout：為key設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間，單位為second，超過(guò)這個(gè)時(shí)間鎖會(huì)自動(dòng)釋放，避免死鎖。
（3）delete
delete key：刪除key
在使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的時(shí)候，主要就會(huì)使用到這三個(gè)命令。
2. 實(shí)現(xiàn)思想：
（1）獲取鎖的時(shí)候，使用setnx加鎖，并使用expire命令為鎖添加一個(gè)超時(shí)時(shí)間，超過(guò)該時(shí)間則自動(dòng)釋放鎖，鎖的value值為一個(gè)隨機(jī)生成的UUID，通過(guò)此在釋放鎖的時(shí)候進(jìn)行判斷。
（2）獲取鎖的時(shí)候還設(shè)置一個(gè)獲取的超時(shí)時(shí)間，若超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄獲取鎖。
（3）釋放鎖的時(shí)候，通過(guò)UUID判斷是不是該鎖，若是該鎖，則執(zhí)行delete進(jìn)行鎖釋放。
3. 分布式鎖的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼：
/**
* 分布式鎖的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼 */
public class DistributedLock {
private final JedisPool jedisPool;
public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
this.jedisPool = jedisPool;
}
/**
* 加鎖
* @param lockName 鎖的key
* @param acquireTimeout 獲取超時(shí)時(shí)間
* @param timeout 鎖的超時(shí)時(shí)間
* @return 鎖標(biāo)識(shí)
*/
public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
Jedis conn = null;
String retIdentifier = null;
try {
// 獲取連接
conn = jedisPool.getResource();
// 隨機(jī)生成一個(gè)value
String identifier = UUID.randomUUID().toString();
// 鎖名，即key值
String lockKey = "lock:" + lockName;
// 超時(shí)時(shí)間，上鎖后超過(guò)此時(shí)間則自動(dòng)釋放鎖
int lockExpire = (int) (timeout / );
// 獲取鎖的超時(shí)時(shí)間，超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄獲取鎖
long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
while (System.currentTimeMillis() < end) {
if (conn.setnx(lockKey, identifier) == ) {
conn.expire(lockKey, lockExpire);
// 返回value值，用于釋放鎖時(shí)間確認(rèn)
retIdentifier = identifier;
return retIdentifier;
}
// 返回-代表key沒(méi)有設(shè)置超時(shí)時(shí)間，為key設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間
if (conn.ttl(lockKey) == -) {
conn.expire(lockKey, lockExpire);
}
try {
Thread.sleep();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
} catch (JedisException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (conn != null) {
conn.close();
}
}
return retIdentifier;
}
/**
* 釋放鎖
* @param lockName 鎖的key
* @param identifier 釋放鎖的標(biāo)識(shí)
* @return
*/
public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
Jedis conn = null;
String lockKey = "lock:" + lockName;
boolean retFlag = false;
try {
conn = jedisPool.getResource();
while (true) {
// 監(jiān)視lock，準(zhǔn)備開(kāi)始事務(wù)
conn.watch(lockKey);
// 通過(guò)前面返回的value值判斷是不是該鎖，若是該鎖，則刪除，釋放鎖
if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
Transaction transaction = conn.multi();
transaction.del(lockKey);
List<Object> results = transaction.exec();
if (results == null) {
continue;
}
retFlag = true;
}
conn.unwatch();
break;
}
} catch (JedisException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (conn != null) {
conn.close();
}
}
return retFlag;
}
}4. 測(cè)試剛才實(shí)現(xiàn)的分布式鎖
例子中使用50個(gè)線程模擬秒殺一個(gè)商品，使用–運(yùn)算符來(lái)實(shí)現(xiàn)商品減少，從結(jié)果有序性就可以看出是否為加鎖狀態(tài)。
模擬秒殺服務(wù)，在其中配置了jedis線程池，在初始化的時(shí)候傳給分布式鎖，供其使用。
public class Service {
private static JedisPool pool = null;
private DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);
int n = 500;
static {
JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
// 設(shè)置最大連接數(shù)
config.setMaxTotal(200);
// 設(shè)置最大空閑數(shù)
config.setMaxIdle(8);
// 設(shè)置最大等待時(shí)間
config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
// 在borrow一個(gè)jedis實(shí)例時(shí)，是否需要驗(yàn)證，若為true，則所有jedis實(shí)例均是可用的
config.setTestOnBorrow(true);
pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
}
public void seckill() {
// 返回鎖的value值，供釋放鎖時(shí)候進(jìn)行判斷
String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");
System.out.println(--n);
lock.releaseLock("resource", identifier);
}
}模擬線程進(jìn)行秒殺服務(wù);
public class ThreadA extends Thread {
private Service service;
public ThreadA(Service service) {
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.seckill();
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Service service = new Service();
for (int i = 0; i < 50; i++) {
ThreadA threadA = new ThreadA(service);
threadA.start();
}
}
}結(jié)果如下，結(jié)果為有序的：
若注釋掉使用鎖的部分：
public void seckill() {
// 返回鎖的value值，供釋放鎖時(shí)候進(jìn)行判斷
//String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");
System.out.println(--n);
//lock.releaseLock("resource", indentifier);
}從結(jié)果可以看出，有一些是異步進(jìn)行的：
三， 基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖
ZooKeeper是一個(gè)為分布式應(yīng)用提供一致性服務(wù)的開(kāi)源組件，它內(nèi)部是一個(gè)分層的文件系統(tǒng)目錄樹(shù)結(jié)構(gòu)，規(guī)定同一個(gè)目錄下只能有一個(gè)唯一文件名?；赯ooKeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖的步驟如下：
（1）創(chuàng)建一個(gè)目錄mylock；
（2）線程A想獲取鎖就在mylock目錄下創(chuàng)建臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)；
（3）獲取mylock目錄下所有的子節(jié)點(diǎn)，然后獲取比自己小的兄弟節(jié)點(diǎn)，如果不存在，則說(shuō)明當(dāng)前線程順序號(hào)最小，獲得鎖；
（4）線程B獲取所有節(jié)點(diǎn)，判斷自己不是最小節(jié)點(diǎn)，設(shè)置監(jiān)聽(tīng)比自己次小的節(jié)點(diǎn)；
（5）線程A處理完，刪除自己的節(jié)點(diǎn)，線程B監(jiān)聽(tīng)到變更事件，判斷自己是不是最小的節(jié)點(diǎn)，如果是則獲得鎖。
這里推薦一個(gè)Apache的開(kāi)源庫(kù)Curator，它是一個(gè)ZooKeeper客戶端，Curator提供的InterProcessMutex是分布式鎖的實(shí)現(xiàn)，acquire方法用于獲取鎖，release方法用于釋放鎖。
實(shí)現(xiàn)源碼如下：
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.RetryNTimes;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
* 分布式鎖Zookeeper實(shí)現(xiàn)
*
*/
@Slf4j
@Component
public class ZkLock implements DistributionLock {
private String zkAddress = "zk_adress";
private static final String root = "package root";
private CuratorFramework zkClient;
private final String LOCK_PREFIX = "/lock_";
@Bean
public DistributionLock initZkLock() {
if (StringUtils.isBlank(root)) {
throw new RuntimeException("zookeeper 'root' can't be null");
}
zkClient = CuratorFrameworkFactory
.builder()
.connectString(zkAddress)
.retryPolicy(new RetryNTimes(2000, 20000))
.namespace(root)
.build();
zkClient.start();
return this;
}
public boolean tryLock(String lockName) {
lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
boolean locked = true;
try {
Stat stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
if (stat == null) {
log.info("tryLock:{}", lockName);
stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
if (stat == null) {
zkClient
.create()
.creatingParentsIfNeeded()
.withMode(CreateMode.EPHEMERAL)
.forPath(lockName, "1".getBytes());
} else {
log.warn("double-check stat.version:{}", stat.getAversion());
locked = false;
}
} else {
log.warn("check stat.version:{}", stat.getAversion());
locked = false;
}
} catch (Exception e) {
locked = false;
}
return locked;
}
public boolean tryLock(String key, long timeout) {
return false;
}
public void release(String lockName) {
lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
try {
zkClient
.delete()
.guaranteed()
.deletingChildrenIfNeeded()
.forPath(lockName);
log.info("release:{}", lockName);
} catch (Exception e) {
log.error("刪除", e);
}
}
public void setZkAddress(String zkAddress) {
this.zkAddress = zkAddress;
}
}優(yōu)點(diǎn)：具備高可用、可重入、阻塞鎖特性，可解決失效死鎖問(wèn)題。
缺點(diǎn)：因?yàn)樾枰l繁的創(chuàng)建和刪除節(jié)點(diǎn)，性能上不如Redis方式。
四，對(duì)比
數(shù)據(jù)庫(kù)分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：
1.db操作性能較差，并且有鎖表的風(fēng)險(xiǎn)
2.非阻塞操作失敗后，需要輪詢，占用cpu資源;
3.長(zhǎng)時(shí)間不commit或者長(zhǎng)時(shí)間輪詢，可能會(huì)占用較多連接資源
Redis(緩存)分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：
1.鎖刪除失敗 過(guò)期時(shí)間不好控制
2.非阻塞，操作失敗后，需要輪詢，占用cpu資源;
ZK分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：性能不如redis實(shí)現(xiàn)，主要原因是寫(xiě)操作（獲取鎖釋放鎖）都需要在Leader上執(zhí)行，然后同步到follower。
總之：ZooKeeper有較好的性能和可靠性。
從理解的難易程度角度（從低到高）數(shù)據(jù)庫(kù) > 緩存 > Zookeeper
從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性角度（從低到高）Zookeeper >= 緩存 > 數(shù)據(jù)庫(kù)
從性能角度（從高到低）緩存 > Zookeeper >= 數(shù)據(jù)庫(kù)
從可靠性角度（從高到低）Zookeeper > 緩存 > 數(shù)據(jù)庫(kù)
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名稱(chēng)欄目：分布式鎖如何實(shí)現(xiàn)
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