第十二篇商城系统-分布式锁的应用

Posted 2022-12-15 波波烤鸭

一、分布式锁

1.分布式锁的原理

  分布式锁或者本地锁的本质其实是一样的，都是将并行的操作转换为了串行的操作

2.分布式锁的常用解决方案

2.1 数据库

可以利用mysql隔离性：唯一索引

use test;
CREATE TABLE `DistributedLock` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `name` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '锁名',
  `desc` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '备注信息',
  `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '保存数据时间，自动生成',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uidx_name` (`name`) 
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='锁定中的方法';

//数据库中的每一条记录就是一把锁，利用的mysql唯一索引的排他性

lock(name,desc)
    insert into DistributedLock(`name`,`desc`) values (#name,#desc);


unlock(name)
    delete from DistributedLock where name = #name

可以利用拍他说来实现 select … where … for update;

乐观锁：乐观的任务数据不会出现数据安全问题，如果出现了就重试一次

select ...,version;
update table set version+1 where version = xxx

2.2 Redis

setNX: setNX(key,value) :如果key不存在那么就添加key的值，否则添加失败，Redisson

2.3Zookeeper

3.Redis实现分布式锁

  在Redis中是通过setNX指令来实现锁的抢占，那么利用这个命令实现分布式锁的基础代码为：

    public Map<String, List<Catalog2VO>> getCatelog2JSONDbWithRedisLock() 
        String keys = "catalogJSON";
        // 加锁
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "1111");
        if(lock)
            // 加锁成功
            Map<String, List<Catalog2VO>> data = getDataForDB(keys);
            // 从数据库中获取数据成功后，我们应该要释放锁
            stringRedisTemplate.delete("lock");
            return data;
        else
            // 加锁失败
            // 休眠+重试
            // Thread.sleep(1000);
            return getCatelog2JSONDbWithRedisLock();
        
    

  上面的代码其实是存在一些问题的，首先如果getDataForDB(keys)这个方法如果出现的异常，那么我们就不会删除该key也就是不会释放锁，从而造成了死锁，针对这个问题，我们可以通过设置过期时间来解决，具体代码如下：

    public Map<String, List<Catalog2VO>> getCatelog2JSONDbWithRedisLock() 
        String keys = "catalogJSON";
        // 加锁
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "1111");
        if(lock)
            // 给对应的key设置过期时间
            stringRedisTemplate.expire("lock",20,TimeUnit.SECONDS);
            // 加锁成功
            Map<String, List<Catalog2VO>> data = getDataForDB(keys);
            // 从数据库中获取数据成功后，我们应该要释放锁
            stringRedisTemplate.delete("lock");
            return data;
        else
            // 加锁失败
            // 休眠+重试
            // Thread.sleep(1000);
            return getCatelog2JSONDbWithRedisLock();
        
    

  上面虽然解决了getDataForDB方法出现异常的问题，但是如果在expire方法执行之前就中断呢？这样也会出现我们介绍的死锁的问题，那这个问题怎么办？这时我们就希望setNx和设置过期时间的操作能够保证原子性。

这时我们就可以在setIfAbsent方法中同时指定过期时间，保证这个原子性的行为

    public Map<String, List<Catalog2VO>> getCatelog2JSONDbWithRedisLock() 
        String keys = "catalogJSON";
        // 加锁 在执行插入操作的同时设置了过期时间
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "1111",30,TimeUnit.SECONDS);
        if(lock)
            // 给对应的key设置过期时间
            stringRedisTemplate.expire("lock",20,TimeUnit.SECONDS);
            // 加锁成功
            Map<String, List<Catalog2VO>> data = getDataForDB(keys);
            // 从数据库中获取数据成功后，我们应该要释放锁
            stringRedisTemplate.delete("lock");
            return data;
        else
            // 加锁失败
            // 休眠+重试
            // Thread.sleep(1000);
            return getCatelog2JSONDbWithRedisLock();
        
    

  如果获取锁的业务执行时间比较长，超过了我们设置的过期时间，那么就有可能业务还没执行完，锁就释放了，然后另一个请求进来了，并创建了key，这时原来的业务处理完成后，再去删除key的时候，那么就有可能删除别人的key，这时怎么办?针对这种情况我们可以查询的锁的信息通过UUID来区分，具体的代码如下：

public Map<String, List<Catalog2VO>> getCatelog2JSONDbWithRedisLock() 
        String keys = "catalogJSON";
        // 加锁 在执行插入操作的同时设置了过期时间
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid,30,TimeUnit.SECONDS);
        if(lock)
            // 给对应的key设置过期时间
            stringRedisTemplate.expire("lock",20,TimeUnit.SECONDS);
            // 加锁成功
            Map<String, List<Catalog2VO>> data = getDataForDB(keys);
            // 获取当前key对应的值
            String val = stringRedisTemplate.opsForValue().get("lock");
            if(uuid.equals(val))
                // 说明这把锁是自己的
                // 从数据库中获取数据成功后，我们应该要释放锁
                stringRedisTemplate.delete("lock");
            
            return data;
        else
            // 加锁失败
            // 休眠+重试
            // Thread.sleep(1000);
            return getCatelog2JSONDbWithRedisLock();
        
    

  上面查询key的值和删除key其实不是一个原子性操作，这就会出现我查询出来key之后，时间过期了，然后key被删除了，然后其他的请求创建了一个新的key，然后原来的执行删除了这个key，又出现了删除别人key的情况。这时我们需要保证查询和删除是一个原子性行为。

public Map<String, List<Catalog2VO>> getCatelog2JSONDbWithRedisLock() 
        String keys = "catalogJSON";
        // 加锁 在执行插入操作的同时设置了过期时间
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid,300,TimeUnit.SECONDS);
        if(lock)
            Map<String, List<Catalog2VO>> data = null;
            try 
                // 加锁成功
                data = getDataForDB(keys);
            finally 
                String srcipts = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1]  then return redis.call('del',KEYS[1]) else  return 0 end ";
                // 通过Redis的lua脚本实现 查询和删除操作的原子性
                stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<Integer>(srcipts,Integer.class)
                        ,Arrays.asList("lock"),uuid);
            
            return data;
        else
            // 加锁失败
            // 休眠+重试
            // Thread.sleep(1000);
            return getCatelog2JSONDbWithRedisLock();
        
    

https://space.bilibili.com/435498550 分布式锁的实现

4.Redisson分布式锁

4.1 Redisson的整合

添加对应的依赖

        <dependency>
            <groupId>org.redisson</groupId>
            <artifactId>redisson</artifactId>
            <version>3.16.1</version>
        </dependency>

添加对应的配置类

@Configuration
public class MyRedisConfig 

    @Bean
    public RedissonClient redissonClient()
        Config config = new Config();
        // 配置连接的信息
        config.useSingleServer()
                .setAddress("redis://192.168.56.100:6379");
        RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
        return  redissonClient;
    

4.2 可重入锁

/**
     * 1.锁会自动续期，如果业务时间超长，运行期间Redisson会自动给锁重新添加30s，不用担心业务时间，锁自动过去而造成的数据安全问题
     * 2.加锁的业务只要执行完成， 那么就不会给当前的锁续期，即使我们不去主动的释放锁，锁在默认30s之后也会自动的删除
     * @return
     */
    @ResponseBody
    @GetMapping("/hello")
    public String hello()
        RLock myLock = redissonClient.getLock("myLock");
        // 加锁
        myLock.lock();
        try 
            System.out.println("加锁成功...业务处理....." + Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(30000);
        catch (Exception e)

        finally 
            System.out.println("释放锁成功..." +  Thread.currentThread().getName());
            // 释放锁
            myLock.unlock();
        
        return "hello";
    

4.3 读写锁

  根据业务操作我们可以分为读写操作，读操作其实不会影响数据，那么如果还对读操作做串行处理，效率会很低，这时我们可以通过读写锁来解决这个问题

@GetMapping("/writer")
    @ResponseBody
    public String writerValue()
        RReadWriteLock readWriteLock = redissonClient.getReadWriteLock("rw-lock");
        // 加写锁
        RLock rLock = readWriteLock.writeLock();
        String s = null;
        rLock.lock(); // 加写锁
        try 
            s = UUID.randomUUID().toString();
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("msg",s);
            Thread.sleep(30000);
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
         finally 
            rLock.unlock();
        
        return s;
    

    @GetMapping("/reader")
    @ResponseBody
    public String readValue()
        RReadWriteLock readWriteLock = redissonClient.getReadWriteLock("rw-lock");
        // 加读锁
        RLock rLock = readWriteLock.readLock();
        rLock.lock();
        String s = null;
        try 
            s = stringRedisTemplate.opsForValue().get("msg");
        finally 
            rLock.unlock();
        

        return s;
    

在读写锁中，只有读读的行为是共享锁，相互之间不影响，只要有写的行为存在，那么就是一个互斥锁(排他锁)

4.4 闭锁

基于Redisson的Redisson分布式闭锁（CountDownLatch）Java对象 RCountDownLatch采用了与 java.util.concurrent.CountDownLatch相似的接口和用法。

@GetMapping("/lockDoor")
    @ResponseBody
    public String lockDoor()
        RCountDownLatch door = redissonClient.getCountDownLatch("door");
        door.trySetCount(5);
        try 
            door.await(); // 等待数量降低到0
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        return "关门熄灯...";
    

    @GetMapping("/goHome/id")
    @ResponseBody
    public String goHome(@PathVariable Long id)
        RCountDownLatch door = redissonClient.getCountDownLatch("door");
        door.countDown(); // 递减的操作
        return id + "下班走人";
    

4.5 信号量(Semaphore)

基于Redis的Redisson的分布式信号量（Semaphore）Java对象

RSemaphore采用了与 java.util.concurrent.Semaphore相似的接口和用法。同时还提供了异步（Async）、反射式（Reactive）和RxJava2标准的接口。

@GetMapping("/park")
    @ResponseBody
    public String park()
        RSemaphore park = redissonClient.getSemaphore("park");
        boolean b = true;
        try 
            // park.acquire(); // 获取信号 阻塞到获取成功
            b = park.tryAcquire();// 返回获取成功还是失败
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
        
        return "停车是否成功:" + b;
    

    @GetMapping("/release")
    @ResponseBody
    public String release()
        RSemaphore park = redissonClient.getSemaphore("park");
        park.release();
        return "释放了一个车位";
    

4.6 缓存数据一致性问题

针对于上的两种解决方案我们怎么选择？

1. 缓存的所有数据我们都加上过期时间，数据过期之后主动触发更新操作
2. 使用读写锁来处理，读读的操作是不相互影响的

无论是双写模式还是失效模式，都会导致缓存的不一致问题。即多个实例同时更新会出事。怎么办？

1. 如果是用户纬度数据（订单数据、用户数据），这种并发几率非常小，不用考虑这个问题，缓存数据加
   上过期时间，每隔一段时间触发读的主动更新即可
2. 如果是菜单，商品介绍等基础数据，也可以去使用canal订阅binlog的方式。
3. 缓存数据+过期时间也足够解决大部分业务对于缓存的要求。
4. 通过加锁保证并发读写，写写的时候按顺序排好队。读读无所谓。所以适合使用读写锁。（业务不关心
   脏数据，允许临时脏数据可忽略）

总结：

• 我们能放入缓存的数据本就不应该是实时性、一致性要求超高的。所以缓存数据的时候加上过期时间，保证每天拿到当前最新数据即可。
• 我们不应该过度设计，增加系统的复杂性
• 遇到实时性、一致性要求高的数据，就应该查数据库，即使慢点。

二、SpringCache

SpringCache的不足：

1).读模式

• 缓存穿透：查询一个null的数据。可以解决 cache-null-values=true
• 缓存击穿:大量并发进来同时查询一个正好过期的数据。解决方案：分布式锁 sync=true 本地锁
• 缓存雪崩：大量的key同一个时间点失效。解决方案：添加过期时间 time-to-live=60000 指定过期时间

2).写模式

• 读写锁
• 引入canal，监控binlog日志文件来同步更新数据
• 读多写多，直接去数据库中读取数据即可

总结：

• 常规数据(读多写少)：而且对及时性和数据的一致性要求不高的情况，我们完全可以使用SpringCache
• 特殊情况：特殊情况特殊处理。