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分布式锁的三种实现方式

BarryW 2019-10-09 22:20:00 阅读数:17 评论数:0 点赞数:0 收藏数:0

分布式锁三种实现方式:

1. 基于数据库实现分布式锁;
2. 基于缓存(Redis等)实现分布式锁;
3. 基于Zookeeper实现分布式锁;

 

一, 基于数据库实现分布式锁

 

1. 悲观锁

利用select … where … for update 排他锁

注意: 其他附加功能与实现一基本一致,这里需要注意的是“where name=lock ”,name字段必须要走索引,否则会锁表。有些情况下,比如表不大,mysql优化器会不走这个索引,导致锁表问题。

 

2. 乐观锁

所谓乐观锁与前边最大区别在于基于CAS思想,是不具有互斥性,不会产生锁等待而消耗资源,操作过程中认为不存在并发冲突,只有update version失败后才能觉察到。我们的抢购、秒杀就是用了这种实现以防止超卖。
通过增加递增的版本号字段实现乐观锁

 

 

 

二, 基于缓存(Redis等)实现分布式锁

 

1. 使用命令介绍:
(1)SETNX
SETNX key val:当且仅当key不存在时,set一个key为val的字符串,返回1;若key存在,则什么都不做,返回0。
(2)expire
expire key timeout:为key设置一个超时时间,单位为second,超过这个时间锁会自动释放,避免死锁。
(3)delete
delete key:删除key

在使用Redis实现分布式锁的时候,主要就会使用到这三个命令。

 

2. 实现思想:
(1)获取锁的时候,使用setnx加锁,并使用expire命令为锁添加一个超时时间,超过该时间则自动释放锁,锁的value值为一个随机生成的UUID,通过此在释放锁的时候进行判断。
(2)获取锁的时候还设置一个获取的超时时间,若超过这个时间则放弃获取锁。
(3)释放锁的时候,通过UUID判断是不是该锁,若是该锁,则执行delete进行锁释放。

 

3. 分布式锁的简单实现代码:

 /**
  * 分布式锁的简单实现代码  */
 public class DistributedLock {
 
     private final JedisPool jedisPool;
 
     public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
         this.jedisPool = jedisPool;
     }
 
     /**
      * 加锁
      * @param lockName       锁的key
      * @param acquireTimeout 获取超时时间
      * @param timeout        锁的超时时间
      * @return 锁标识
      */
     public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
         Jedis conn = null;
         String retIdentifier = null;
         try {
             // 获取连接
             conn = jedisPool.getResource();
             // 随机生成一个value
             String identifier = UUID.randomUUID().toString();
             // 锁名,即key值
             String lockKey = "lock:" + lockName;
             // 超时时间,上锁后超过此时间则自动释放锁
             int lockExpire = (int) (timeout / 1000);
 
             // 获取锁的超时时间,超过这个时间则放弃获取锁
             long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
             while (System.currentTimeMillis() < end) {
                 if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
                     conn.expire(lockKey, lockExpire);
                     // 返回value值,用于释放锁时间确认
                     retIdentifier = identifier;
                     return retIdentifier;
                 }
                 // 返回-1代表key没有设置超时时间,为key设置一个超时时间
                 if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
                     conn.expire(lockKey, lockExpire);
                 }
 
                 try {
                     Thread.sleep(10);
                 } catch (InterruptedException e) {
                     Thread.currentThread().interrupt();
                 }
             }
         } catch (JedisException e) {
             e.printStackTrace();
         } finally {
             if (conn != null) {
                 conn.close();
             }
         }
         return retIdentifier;
     }
 
     /**
      * 释放锁
      * @param lockName   锁的key
      * @param identifier 释放锁的标识
      * @return
      */
     public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
         Jedis conn = null;
         String lockKey = "lock:" + lockName;
         boolean retFlag = false;
         try {
             conn = jedisPool.getResource();
             while (true) {
                 // 监视lock,准备开始事务
                 conn.watch(lockKey);
                 // 通过前面返回的value值判断是不是该锁,若是该锁,则删除,释放锁
                 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. 测试刚才实现的分布式锁

例子中使用50个线程模拟秒杀一个商品,使用–运算符来实现商品减少,从结果有序性就可以看出是否为加锁状态。

模拟秒杀服务,在其中配置了jedis线程池,在初始化的时候传给分布式锁,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();
        // 设置最大连接数
        config.setMaxTotal(200);
        // 设置最大空闲数
        config.setMaxIdle(8);
        // 设置最大等待时间
        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
        // 在borrow一个jedis实例时,是否需要验证,若为true,则所有jedis实例均是可用的
        config.setTestOnBorrow(true);
        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
    }

    public void seckill() {
        // 返回锁的value值,供释放锁时候进行判断
        String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
        System.out.println(--n);
        lock.releaseLock("resource", identifier);
    }
}

 

模拟线程进行秒杀服务;

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();
        }
    }
}

结果如下,结果为有序的:

这里写图片描述

若注释掉使用锁的部分:

public void seckill() {
    // 返回锁的value值,供释放锁时候进行判断
    //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
    System.out.println(--n);
    //lock.releaseLock("resource", indentifier);
}

从结果可以看出,有一些是异步进行的:

这里写图片描述

 

三, 基于Zookeeper实现分布式锁

 

ZooKeeper是一个为分布式应用提供一致性服务的开源组件,它内部是一个分层的文件系统目录树结构,规定同一个目录下只能有一个唯一文件名。基于ZooKeeper实现分布式锁的步骤如下:

(1)创建一个目录mylock;
(2)线程A想获取锁就在mylock目录下创建临时顺序节点;
(3)获取mylock目录下所有的子节点,然后获取比自己小的兄弟节点,如果不存在,则说明当前线程顺序号最小,获得锁;
(4)线程B获取所有节点,判断自己不是最小节点,设置监听比自己次小的节点;
(5)线程A处理完,删除自己的节点,线程B监听到变更事件,判断自己是不是最小的节点,如果是则获得锁。

这里推荐一个Apache的开源库Curator,它是一个ZooKeeper客户端,Curator提供的InterProcessMutex是分布式锁的实现,acquire方法用于获取锁,release方法用于释放锁。

优点:具备高可用、可重入、阻塞锁特性,可解决失效死锁问题。

缺点:因为需要频繁的创建和删除节点,性能上不如Redis方式。

 

四,对比


数据库分布式锁实现
缺点:

1.db操作性能较差,并且有锁表的风险
2.非阻塞操作失败后,需要轮询,占用cpu资源;
3.长时间不commit或者长时间轮询,可能会占用较多连接资源

Redis(缓存)分布式锁实现
缺点:

1.锁删除失败 过期时间不好控制
2.非阻塞,操作失败后,需要轮询,占用cpu资源;

ZK分布式锁实现
缺点:性能不如redis实现,主要原因是写操作(获取锁释放锁)都需要在Leader上执行,然后同步到follower。

总之:ZooKeeper有较好的性能和可靠性。

 

从理解的难易程度角度(从低到高)数据库 > 缓存 > Zookeeper

从实现的复杂性角度(从低到高)Zookeeper >= 缓存 > 数据库

从性能角度(从高到低)缓存 > Zookeeper >= 数据库

从可靠性角度(从高到低)Zookeeper > 缓存 > 数据库

 

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