概述

為了防止分布式系統(tǒng)中的多個(gè)進(jìn)程之間相互干擾，我們需要一種分布式協(xié)調(diào)技術(shù)來(lái)對(duì)這些進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。而這個(gè)分布式協(xié)調(diào)技術(shù)的核心就是來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)分布式鎖。

為什么要使用分布式鎖

成員變量 A 存在 JVM1、JVM2、JVM3 三個(gè) JVM 內(nèi)存中
成員變量 A 同時(shí)都會(huì)在 JVM 分配一塊內(nèi)存，三個(gè)請(qǐng)求發(fā)過(guò)來(lái)同時(shí)對(duì)這個(gè)變量操作，顯然結(jié)果是不對(duì)的
不是同時(shí)發(fā)過(guò)來(lái)，三個(gè)請(qǐng)求分別操作三個(gè)不同 JVM 內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)，變量 A 之間不存在共享，也不具有可見(jiàn)性，處理的結(jié)果也是不對(duì)的
注：該成員變量 A 是一個(gè)有狀態(tài)的對(duì)象
如果我們業(yè)務(wù)中確實(shí)存在這個(gè)場(chǎng)景的話(huà)，我們就需要一種方法解決這個(gè)問(wèn)題，這就是分布式鎖要解決的問(wèn)題

分布式鎖應(yīng)該具有哪些特點(diǎn)

在分布式系統(tǒng)環(huán)境下，一個(gè)方法在同一時(shí)間只能被一個(gè)機(jī)器的一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行；
高可用的獲取鎖與釋放鎖；
高性能的獲取鎖與釋放鎖；
具備可重入特性；
具備鎖失效機(jī)制，防止死鎖；
具備非阻塞鎖特性，即沒(méi)有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗。

實(shí)現(xiàn)分布式鎖的N種方式

數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)排他鎖

Redis：和 Memcached 的方式類(lèi)似，利用 Redis 的 setnx 命令。此命令同樣是原子性操作，只有在 key 不存在的情況下，才能 set 成功。

Zookeeper：利用 Zookeeper 的順序臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖和等待隊(duì)列。Zookeeper 設(shè)計(jì)的初衷，就是為了實(shí)現(xiàn)分布式鎖服務(wù)的。

Memcached：利用 Memcached 的 add 命令。此命令是原子性操作，只有在 key 不存在的情況下，才能 add 成功，也就意味著線(xiàn)程得到了鎖。

Chubby：Google 公司實(shí)現(xiàn)的粗粒度分布式鎖服務(wù)，底層利用了 Paxos 一致性算法。
接下來(lái)，介紹三種常用的方式

1.基于Mysql實(shí)現(xiàn)分布式鎖

表結(jié)構(gòu)

-- auto-generated definition create table distributed_lock (id int auto_incrementprimary key,method_name varchar(100) not null comment '獲取鎖的方法名',remark varchar(100) null comment '備注信息',status int not null comment '分配狀態(tài): 1-未分配，2-已分配',update_time datetime default CURRENT_TIMESTAMP not null on update CURRENT_TIMESTAMP,version int not null comment '版本號(hào)',constraint uidx_method_nameunique (method_name) )comment '分布式鎖表';

先獲取鎖的信息

select id, method_name, status,version from distributed_lock where status=1 and method_name='methodName';```### 占有鎖

update t_resoure set status=2, version=2, update_time=now() where method_name=‘methodName’ and status=1 and version=2;```

如果沒(méi)有更新影響到一行數(shù)據(jù)，則說(shuō)明這個(gè)資源已經(jīng)被別人占位了。
以上也是cap理論的悲觀(guān)鎖，在數(shù)據(jù)庫(kù)上面的應(yīng)用。

缺點(diǎn)：

1、這把鎖強(qiáng)依賴(lài)數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性，數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)單點(diǎn)，一旦數(shù)據(jù)庫(kù)掛掉，會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)不可用。
2、這把鎖沒(méi)有失效時(shí)間，一旦解鎖操作失敗，就會(huì)導(dǎo)致鎖記錄一直在數(shù)據(jù)庫(kù)中，其他線(xiàn)程無(wú)法再獲得到鎖。
3、這把鎖只能是非阻塞的，因?yàn)閿?shù)據(jù)的insert操作，一旦插入失敗就會(huì)直接報(bào)錯(cuò)。沒(méi)有獲得鎖的線(xiàn)程并不會(huì)進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列，要想再次獲得鎖就要再次觸發(fā)獲得鎖操作。
4、這把鎖是非重入的，同一個(gè)線(xiàn)程在沒(méi)有釋放鎖之前無(wú)法再次獲得該鎖。因?yàn)閿?shù)據(jù)中數(shù)據(jù)已經(jīng)存在了。

解決方案：

數(shù)據(jù)庫(kù)是單點(diǎn)？搞兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)之前雙向同步。一旦掛掉快速切換到備庫(kù)上。

沒(méi)有失效時(shí)間？只要做一個(gè)定時(shí)任務(wù)，每隔一定時(shí)間把數(shù)據(jù)庫(kù)中的超時(shí)數(shù)據(jù)清理一遍。

非阻塞的？搞一個(gè)while循環(huán)，直到insert成功再返回成功。

非重入的？在數(shù)據(jù)庫(kù)表中加個(gè)字段，記錄當(dāng)前獲得鎖的機(jī)器的主機(jī)信息和線(xiàn)程信息，那么下次再獲取鎖的時(shí)候先查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)，如果當(dāng)前機(jī)器的主機(jī)信息和線(xiàn)程信息在數(shù)據(jù)庫(kù)可以查到的話(huà)，直接把鎖分配給他就可以了。

2.基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

首先要弄清楚幾個(gè)redis命令的概念

setnx()

setnx 的含義就是 SET if Not Exists，其主要有兩個(gè)參數(shù) setnx(key, value)。該方法是原子的，如果 key 不存在，則設(shè)置當(dāng)前 key 成功，返回 1；如果當(dāng)前 key 已經(jīng)存在，則設(shè)置當(dāng)前 key 失敗，返回 0。

expire()

expire 設(shè)置過(guò)期時(shí)間，要注意的是 setnx 命令不能設(shè)置 key 的超時(shí)時(shí)間，只能通過(guò) expire() 來(lái)對(duì) key 設(shè)置。

getset()

這個(gè)命令主要有兩個(gè)參數(shù) getset(key，newValue)。該方法是原子的，對(duì) key 設(shè)置 newValue 這個(gè)值，并且返回 key 原來(lái)的舊值。假設(shè) key 原來(lái)是不存在的，那么多次執(zhí)行這個(gè)命令，會(huì)出現(xiàn)下邊的效果：
getset(key, “value1”) 返回 null 此時(shí) key 的值會(huì)被設(shè)置為 value1
getset(key, “value2”) 返回 value1 此時(shí) key 的值會(huì)被設(shè)置為 value2
依次類(lèi)推！

使用步驟：

1.setnx(lockkey, 當(dāng)前時(shí)間 過(guò)期超時(shí)時(shí)間)，如果返回 1，則獲取鎖成功；如果返回 0 則沒(méi)有獲取到鎖，轉(zhuǎn)向 2。

2.get(lockkey) 獲取值 oldExpireTime ，并將這個(gè) value 值與當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較，如果小于當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，則認(rèn)為這個(gè)鎖已經(jīng)超時(shí)，可以允許別的請(qǐng)求重新獲取，轉(zhuǎn)向 3。

3.計(jì)算 newExpireTime = 當(dāng)前時(shí)間 過(guò)期超時(shí)時(shí)間，然后 getset(lockkey, newExpireTime) 會(huì)返回當(dāng)前 lockkey 的值currentExpireTime。

4.判斷 currentExpireTime 與 oldExpireTime 是否相等，如果相等，說(shuō)明當(dāng)前 getset 設(shè)置成功，獲取到了鎖。如果不相等，說(shuō)明這個(gè)鎖又被別的請(qǐng)求獲取走了，那么當(dāng)前請(qǐng)求可以直接返回失敗，或者繼續(xù)重試。

5.在獲取到鎖之后，當(dāng)前線(xiàn)程可以開(kāi)始自己的業(yè)務(wù)處理，當(dāng)處理完畢后，比較自己的處理時(shí)間和對(duì)于鎖設(shè)置的超時(shí)時(shí)間，如果小于鎖設(shè)置的超時(shí)時(shí)間，則直接執(zhí)行 delete 釋放鎖；如果大于鎖設(shè)置的超時(shí)時(shí)間，則不需要再鎖進(jìn)行處理。

話(huà)不多說(shuō)，上代碼:

public final class RedisLockUtil { ?private static final int defaultExpire = 60; ?private RedisLockUtil() {//} ?/*** 加鎖* @param key redis key* @param expire 過(guò)期時(shí)間，單位秒* @return true:加鎖成功，false，加鎖失敗*/public static boolean lock(String key, int expire) { ?RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class);long status = redisService.setnx(key, "1"); ?if(status == 1) {redisService.expire(key, expire);return true;} ?return false;} ?public static boolean lock(String key) {return lock2(key, defaultExpire);} ?/*** 加鎖* @param key redis key* @param expire 過(guò)期時(shí)間，單位秒* @return true:加鎖成功，false，加鎖失敗*/public static boolean lock2(String key, int expire) { ?RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class); ?long value = System.currentTimeMillis() expire;long status = redisService.setnx(key, String.valueOf(value)); ?if(status == 1) {return true;}long oldExpireTime = Long.parseLong(redisService.get(key, "0"));if(oldExpireTime < System.currentTimeMillis()) {//超時(shí)long newExpireTime = System.currentTimeMillis() expire;long currentExpireTime = Long.parseLong(redisService.getSet(key, String.valueOf(newExpireTime)));if(currentExpireTime == oldExpireTime) {return true;}}return false;} ?public static void unLock1(String key) {RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class);redisService.del(key);} ?public static void unLock2(String key) { RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class); long oldExpireTime = Long.parseLong(redisService.get(key, "0")); if(oldExpireTime > System.currentTimeMillis()) { redisService.del(key); }} }

3.基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖

首先，我們先來(lái)看看zookeeper的相關(guān)知識(shí)。

zk 一般由多個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成（單數(shù)），采用 zab 一致性協(xié)議。因此可以將 zk 看成一個(gè)單點(diǎn)結(jié)構(gòu)，對(duì)其修改數(shù)據(jù)其內(nèi)部自動(dòng)將所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改而后才提供查詢(xún)服務(wù)。

zk 的數(shù)據(jù)以目錄樹(shù)的形式，每個(gè)目錄稱(chēng)為 znode， znode 中可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（一般不超過(guò) 1M），還可以在其中增加子節(jié)點(diǎn)。
子節(jié)點(diǎn)有三種類(lèi)型。序列化節(jié)點(diǎn)，每在該節(jié)點(diǎn)下增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)給該節(jié)點(diǎn)的名稱(chēng)上自增。臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，一旦創(chuàng)建這個(gè) znode 的客戶(hù)端與服務(wù)器失去聯(lián)系，這個(gè) znode 也將自動(dòng)刪除。最后就是普通節(jié)點(diǎn)。
Watch 機(jī)制，client 可以監(jiān)控每個(gè)節(jié)點(diǎn)的變化，當(dāng)產(chǎn)生變化會(huì)給 client 產(chǎn)生一個(gè)事件。

zookeeper基本鎖：

**原理：**利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)與 watch 機(jī)制。每個(gè)鎖占用一個(gè)普通節(jié)點(diǎn) /lock，當(dāng)需要獲取鎖時(shí)在 /lock 目錄下創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建成功則表示獲取鎖成功，失敗則 watch/lock 節(jié)點(diǎn)，有刪除操作后再去爭(zhēng)鎖。臨時(shí)節(jié)點(diǎn)好處在于當(dāng)進(jìn)程掛掉后能自動(dòng)上鎖的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)刪除即取消鎖。

**缺點(diǎn)：**所有取鎖失敗的進(jìn)程都監(jiān)聽(tīng)父節(jié)點(diǎn)，很容易發(fā)生羊群效應(yīng)，即當(dāng)釋放鎖后所有等待進(jìn)程一起來(lái)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，并發(fā)量很大。

zookeeper分布式鎖實(shí)現(xiàn):

**原理：**上鎖改為創(chuàng)建臨時(shí)有序節(jié)點(diǎn)，每個(gè)上鎖的節(jié)點(diǎn)均能創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)成功，只是其序號(hào)不同。只有序號(hào)最小的可以擁有鎖，如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)序號(hào)不是最小的則 watch 序號(hào)比本身小的前一個(gè)節(jié)點(diǎn) (公平鎖)。

步驟：

在 /lock 節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建一個(gè)有序臨時(shí)節(jié)點(diǎn) (EPHEMERAL_SEQUENTIAL)。

判斷創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)序號(hào)是否最小，如果是最小則獲取鎖成功。不是則取鎖失敗，然后 watch 序號(hào)比本身小的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)取鎖失敗，設(shè)置 watch 后則等待 watch 事件到來(lái)后，再次判斷是否序號(hào)最小。

取鎖成功則執(zhí)行代碼，最后釋放鎖（刪除該節(jié)點(diǎn)）。

代碼如下:

public final class RedisLockUtil { ?private static final int defaultExpire = 60; ?private RedisLockUtil() {//} ?/*** 加鎖* @param key redis key* @param expire 過(guò)期時(shí)間，單位秒* @return true:加鎖成功，false，加鎖失敗*/public static boolean lock(String key, int expire) { ?RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class);long status = redisService.setnx(key, "1"); ?if(status == 1) {redisService.expire(key, expire);return true;} ?return false;} ?public static boolean lock(String key) {return lock2(key, defaultExpire);} ?/*** 加鎖* @param key redis key* @param expire 過(guò)期時(shí)間，單位秒* @return true:加鎖成功，false，加鎖失敗*/public static boolean lock2(String key, int expire) { ?RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class); ?long value = System.currentTimeMillis() expire;long status = redisService.setnx(key, String.valueOf(value)); ?if(status == 1) {return true;}long oldExpireTime = Long.parseLong(redisService.get(key, "0"));if(oldExpireTime < System.currentTimeMillis()) {//超時(shí)long newExpireTime = System.currentTimeMillis() expire;long currentExpireTime = Long.parseLong(redisService.getSet(key, String.valueOf(newExpireTime)));if(currentExpireTime == oldExpireTime) {return true;}}return false;} ?public static void unLock1(String key) {RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class);redisService.del(key);} ?public static void unLock2(String key) { RedisService redisService = SpringUtils.getBean(RedisService.class); long oldExpireTime = Long.parseLong(redisService.get(key, "0")); if(oldExpireTime > System.currentTimeMillis()) { redisService.del(key); }} }

優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn)：

有效的解決單點(diǎn)問(wèn)題，不可重入問(wèn)題，非阻塞問(wèn)題以及鎖無(wú)法釋放的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：

性能上可能并沒(méi)有緩存服務(wù)那么高，因?yàn)槊看卧趧?chuàng)建鎖和釋放鎖的過(guò)程中，都要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建、銷(xiāo)毀臨時(shí)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖功能。ZK 中創(chuàng)建和刪除節(jié)點(diǎn)只能通過(guò) Leader 服務(wù)器來(lái)執(zhí)行，然后將數(shù)據(jù)同步到所有的 Follower 機(jī)器上。還需要對(duì) ZK的原理有所了解。

三種方案的比較

上面幾種方式，哪種方式都無(wú)法做到完美。就像CAP一樣，在復(fù)雜性、可靠性、性能等方面無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足，所以，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇最適合自己的才是王道。

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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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈分布式锁的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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