分布式锁服务设计01设计方案

Posted 2021-05-01 架构之家

锁主要解决资源并发的问题，在java单应用的情况下，可以通过Synchronized，ReentrantLock实现。但在分布式环境下对同一资源访问，如何实现并发锁控制呢？主要实现方案是分布式锁。本文主要介绍Redis分布式锁的一种设计方案，代码预计在第二篇发布。将传统的基于Jar包的锁提升为锁服务。不足之处，请大家一起交流。

一、整体方案

1.1组件图

 

           

1.2组件介绍

（1）锁服务-客户端

主要职责：封装LockService的调用（可使用代理或注解方式，用于业务功能使用）。

（2）锁服务-服务端

         主要职责：实现加锁和解锁功能（手动解锁，自动解锁）。

（3）锁服务-管理端

         主责职责：监控锁服务的运行情况，控制锁参数的执行细节。

2.3锁生命周期

锁的状态：无锁，已锁定，锁定成功，已解锁[无锁]

锁的操作：请求加锁，请求解锁，自动解锁，锁等待，锁超时

二、锁服务-服务端设计

2.1设计类图

2.2类图介绍

（1）对外开放锁定和解锁接口，其中Key的参数为Map<String,String>类型。

（2）锁机制基于Redis的串行执行和SetNx命令实现。

（3）lock(keyMap : Map<String, String>)方法，采用默认超时时间，此时间可以通过管理端根据不同的业务参数自定义。

（4）lock(keyMap : Map<String, String>, ltimeout :long) ，采用指定超时时间，此时间也可以通过管理端根据不同的业务参数自定义覆盖或不覆盖。

2.3 Map Key参数设计

基于Map实现可扩展的参数设计，主要字段介绍，如下：

Map key	Map value	描述	格式说明
source	100	业务系统
ver	10	版本号
subSys	101010	子系统	前两位=子系统，中间两位=模块，后两位=功能
业务参数N		其它业务参数	N个则为N个key

三、锁服务-客户端设计

3.1类图设计

 

3.2类图介绍

（1）左侧是调用锁服务的简单封装，主要用于封装重复代码，方便业务调用。简称为代理模式；

（2）右侧是在代理模式的基础上，做注解和拦截，根据复杂程度此处可实现可不实现；

（3）如果简单，代理模式也可以不使用，直接调用服务接口即可。

四、锁服务-管理端设计

4.1功能用例图

4.2主要用例介绍

（1）开通锁权限

开通某业务系统的分布式锁使用权限，可细化到业务系统，模块或功能。

（2）管理锁权限

         管理锁的使用权限比如停用，开通，查询等功能。

（3）配置通用锁参数

         配置锁服务的公用参数，比如默认锁超时时间，服务降级，异常返回值等。

（4）配置业务锁参数

         配置具体业务，模块，功能，参数的锁参数，比如默认超时时间，服务降级，异常返回值等。

（5）查看锁运行情况

根据实际需要可开发，如查看目前锁定的业务功能，锁定时间，锁冲突日志，历史锁定统计等功能。

 

五、锁分级-实际应用

5.1分级锁设计

针对不同的业务场景，锁控制的范围和粒度，简单划分为以下几种锁类型。

业务锁：与锁定值相关的所有操作；比如：锁订单号，可以控制所有与订单号有关的流程；

业务锁：一个业务流程中的某一类数据；比如在落单时控制并发，Key=订单号+_CREATE。

乐观锁：允许并发操作，但最终只有一个可执行成功，其它失败。适用于并发量不大但需要强一致的情况。比如将某订单从待支付更新为支付成功。

5.2锁服务降级

         当分布式锁宕机时，需要支持锁服务降级，此处推荐两种方案：

（1）数据库方式

原理：数据库唯一索引+DB乐观锁[最底层控制方案]+查询数据。适用于并发量不大的情况，如果并发量大需要前端做限流。

（2）基于Zookeeper

         原理：在获取分布式锁的时候在locker节点下创建临时顺序节点，释放锁的时候删除该临时节点。适合大并发场景。此方案也可以理解为与Redis锁的互备，实现高可用。

六、下篇预告

设计方案优化，服务化实现，提供源码。