分布式锁的解决方案

Posted 2020-11-26 windpoplar

分布式锁的背景，基于数据库、redis、zookeeper实现分布式锁的原理与优缺点你都知道吗？

  为什么要分布式锁、分布式锁的实现方式有哪几种、这几种分布式锁实现方式的优缺点有哪些？阅读完本文后你你应该掌握：

• 基于数据库实现分布式锁具体步骤是什么，优缺点是什么；
• 基于Redis实现分布式锁具体步骤是什么，优缺点是什么；
• 基于Zookeeper实现分布式锁具体步骤是什么，优缺点是什么；

分布式锁诞生的背景

  我们在开发单机应用的时候，如果需要对某一个共享变量进行多线程同步访问的时候，可以使用我们学到的Java多线程的18般武艺进行处理，并且可以完美的运行，毫无Bug！

  我们现在的应用程序如果只部署一台服务器，那并发量是很差的，如果同时有上万的请求那么很有可能造成服务器压力过大，而瘫痪。

  想想双十一 和 三十晚上十点分支付宝红包等业务场景，自然需要用到多台服务器去同时处理这些业务，那么这些服务可能会有上百台同时处理，

  但是请我们大家想一想，如果有100台服务器 要处理分红包的业务，现在假设有1亿的红包，1千万个人分，金额随机，那么这个业务场景下是不是必须确保这1千万个人最后分的红包金额总和等于1亿。

  如果处理不好每人分到100万，那马云爸爸估计大年初一，就得宣布破产了

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分布式锁应该具备的条件

  在分析分布式锁的三种实现方式之前，先了解一下分布式锁应该具备哪些条件：

• 在分布式系统环境下，一个方法在同一时间只能被一个机器的一个线程执行；
• 高可用的获取锁与释放锁；
• 高性能的获取锁与释放锁；
• 具备可重入特性；
• 具备锁失效机制，防止死锁；
• 具备非阻塞锁特性，即没有获取到锁将直接返回获取锁失败。

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基于数据库实现的分布式锁

  基于数据库的实现方式的核心思想是：在数据库中创建一个表，表中包含方法名、类名等字段，并在方法名字段上创建唯一索引，想要执行某个方法，就使用这个方法名向表中插入数据，成功插入则获取锁，执行完成后删除对应的行数据释放锁。

创建一个表

 

 

向表中插入数据

 

   此时因为我们对method_name做了唯一性约束，这里如果有多个请求同时提交到数据库的话，数据库会保证肯定只有一个操作可以成功，那么我们就可以认为操作成功的那个线程获得了该方法的锁，也就可以执行方法体内容。

成功插入则获取锁，执行完成后删除对应的行数据释放锁

 

 

 PS:这只是使用基于数据库的一种方法，使用数据库实现分布式锁还有很多其他的玩法！

   使用基于数据库的这种实现方式很简单，但是对于分布式锁应该具备的条件来说，它有一些问题需要解决及优化，也就是他的优缺点：

• 因为是基于数据库实现的，数据库的可用性和性能将直接影响分布式锁的可用性及性能，所以，数据库需要双机部署、数据同步、主备切换。
• 不具备可重入的特性，因为同一个线程在释放锁之前，行数据一直存在，无法再次成功插入数据，所以，需要在表中新增一列，用于记录当前获取到锁的机器和线程信息，在再次获取锁的时候，先查询表中机器和线程信息是否和当前机器和线程相同，若相同则直接获取锁。
• 没有锁失效机制，因为有可能出现成功插入数据后，服务器宕机了，对应的数据没有被删除，当服务恢复后一直获取不到锁，所以，需要在表中新增一列，用于记录失效时间，并且需要有定时任务清除这些失效的数据。
• 不具备阻塞锁特性，获取不到锁直接返回失败，所以需要优化获取逻辑，循环多次去获取。
• 在实施的过程中会遇到各种不同的问题，为了解决这些问题，实现方式将会越来越复杂。
• 依赖数据库需要一定的资源开销，性能问题需要考虑。

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基于Redis的实现方式

选用Redis实现分布式锁原因

• Redis有很高的性能；
• Redis命令对此支持较好，实现起来比较方便

实现思想

• 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。
• 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。
• 释放锁的时候，若是该锁，则执行delete进行锁释放

配置Redisson

 

 

锁的获取和释放工具类编写

 

 

  

业务中使用分布式锁

 

 

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基于ZooKeeper的实现方式

  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：

• 创建一个目录mylock；
• 线程A想获取锁就在mylock目录下创建临时顺序节点；
• 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；
• 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；
• 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。

使用方式

  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。

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Redis 分布式锁和Zookeeper分布式锁的对比

  Redis 分布式锁，其实需要自己不断去尝试获取锁，比较消耗性能。   

　　Zookeeper分布式锁，获取不到锁，注册个监听器即可，不需要不断主动尝试获取锁，性能开销较小。

  单点的redis能很好地实现分布式锁，如果redis集群，会出现master宕机的情况。如果master宕机，此时锁key还没有同步到slave节点上，会出现机器B从新的master上获取到了一个重复的锁；另外一点就是，如果是Redis获取锁的那个客户端出现 bug 挂了，那么只能等待超时时间之后才能释放锁。   

　　而 Zookeeper的话，因为创建的是临时znode，只要客户端挂了，znode 就没了，此时就自动释放锁。但是zookeeper也会有弊端，那就是有可能会出现“羊群效应”，至于为什么，可以自己百度一下。