分布式系统中如何实现临界资源的互斥访问？

Posted 2022-09-24 华为云开发者联盟

摘要：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。

本文分享自华为云社区《分布式系统中如何实现临界资源的互斥访问》，作者：华为云PaaS服务小智。

网络时代，购物、社交等之前只能在线下进行的活动，如今都可以在网络上完成。为了促进消费，电商网、网络店铺经常推出商品限定数量内的“秒杀”，“抢购”活动，类似的临界资源访问还有我们生活中常见的微信多人抢红包。这种临界资源，多人访问的情况，如何保证避免一个资源被多人（一人以上）互斥访问呢？

临界资源

多道程序系统中存在许多进程，它们共享各种资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。

上面我们提到的在抢购中对商品提交订单，微信中打开多人红包都属于这种临界资源的访问，一次只允许一个进程使用。

临界资源互斥访问

分布式互斥是随着分布式系统的出现而出现的，并随着分布式系统理论发展而发展。在分布式系统中，很多进程能够在微观上并行执行。但由于共享资源的有限性，以及全局数据要求的一致性，一些临界资源的访问需要以互斥的方式实现同步。

Java原生锁

在传统单机部署的情况下，可以使用Java并发处理相关的API（如ReentrantLock或synchronized）进行互斥控制。这种Java提供的原生锁机制可以保证在同一个Java虚拟机进程内的多个线程同步执行，避免出现无序现象。

但在互联网场景，特别是抢购活动中，随着整个系统的并发访问飙升，需要多台机器并发运行，以应对用户井喷式访问，假设此时多个用户的请求同时到来，但落在了不同的机器上，虽然这两个请求是可以同时执行，但是因为两个机器运行在两个不同的Java虚拟机里面，他们加的锁只对属于自己Java虚拟机里面的线程有效，对于其他Java虚拟机的线程是无效的。因此，Java提供的原生锁机制在多机部署场景下失效了，这是因为两台机器加的锁不是同一个锁（两个锁在不同的Java虚拟机里面），这样便会出现库存超卖的现象。

分布式锁

基于存在的现状，我们只要保证多台机器加的锁是同一个锁，用加锁的方式对某种资源进行顺序访问控制。这就需要分布式锁登场了。

分布式锁是一种解决分布式临界资源并发读写的一种技术，对分布式应用加锁，能够避免出现库存超卖及无序访问等现象。

分布式锁的思路是：在整个系统提供一个全局、唯一的获取锁的“东西”，然后每个系统在需要加锁时，都去问这个“东西”拿到一把锁，这样不同的系统拿到的就可以认为是同一把锁。

当前分布式加锁主要有三种方式：（磁盘）数据库、缓存数据库、Zookeeper。

用 Redis 实现分布式锁

使用Redis类型的缓存实例实现分布式加锁，有几大优势：

• 加锁操作简单，使用SET、GET、DEL等几条简单命令即可实现锁的获取和释放。

• 性能优越，缓存数据的读写优于磁盘数据库与Zookeeper。

如下图中所示，使用redis的set方法即可实现对临界资源加锁，点击此获取全量代码 。

使用redis的del方法即可实现锁的释放。

相对于传统redis，如今各大云厂商也都推出了redis云服务，以即开即用、安全可靠、弹性扩容、便捷管理等特点受到软件开发企业和开发者的欢迎。

参考资料

李美安. 普适分布式互斥算法及应用[D]. 电子科技大学, 2006.

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