分布式锁

本文涉及内容:

  • 分布式锁介绍;
  • 用数据表做分布式锁原理介绍 & 数据表设计;
  • 用redis做分布式锁原理介绍 & 代码实操;
  • 用redisson做分布式锁原理介绍 & 代码实操;
  • 用zookeeper做分布式锁原理介绍;
  • 用curator做分布式锁代码实操;
  • 实现分布式锁的各方案比较;
  • 完整项目的GitHub地址

一、是什么?

1、锁的应用场景:
在单体应用中,我们会使用ReentrantLock或Synchronized来应对并发场景。
比如最常见的卖票场景,假如总共有100张票,线程A和线程B同时操作,如下图:

JMM内存模型

这时有一个共享变量100,线程A和B将100拷贝到自己的工作内存中,当线程A抢到执行权的时候,此时A工作内存中的值是100,然后售票,进行自减操作,将自己工作内存中的值变成了99。当A还没来得及将99刷回到主内存的时候,线程B进来了,此时B拿到的主内存的值还是100,然后售票,进行自减,也是99。这就出现了同一张票出售了两次的情况。所以我们会加锁加volatile保证原子性保证可见性。


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2、分布式锁是什么?
上面的场景中,我们可以通过ReentrantLock或者Synchronized搞定,因为你的项目只运行在一台服务器上,只有一个JVM,所有的共享变量都加载到同一个主内存中。而分布式应用中,一个项目部署在多台服务器上,最基本的架构如下图:

最简单的分布式架构

比如现在server1、server2和server3读取到数据库的票数都是100,在每一个server中,我们可以用JDK的锁来保证多个用户同时访问我这台server时不会出问题。但问题是,如果client1访问到的是server1,票数是100,然后购票,还没来得及将数据库票数改为99,client2也开始访问系统购票了,client2如果访问的是server1,自然不会出问题,如果访问的是server2,这时server2读取到数据库的票数还是100,那么就出问题了,又出现了同一张票卖了两次的情况。在分布式应用中,JDK的锁机制就无法满足需求了,所以就出现了分布式锁。

3、分布式锁应该满足的条件:

  • 四个一:同一个方法在同一时刻只能被一台机器的一个线程执行
  • 三个具备: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,即没获取到锁返回获取锁失败,而不是一直等待
  • 两个高:高性能地获取与释放锁;高可用的获取与释放锁

4、分布式锁的实现方式:

  • 基于数据库:用数据库的排他锁实现
  • 基于redis:利用redis的set key value NX EX 30000;也可以用redis的第三方库比如Redisson
  • 基于zookeeper:利用zookeeper的临时顺序节点实现;也可以用zookeeper的第三方库比如Curator

二、基于数据库实现

1、建表:

CREATE TABLE `tb_distributed_lock` (
    `dl_id` INT NOT NULL auto_increment COMMENT '主键,自增',
    `dl_method_name` VARCHAR (64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '方法名',
    `dl_device_info` VARCHAR (100) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT 'ip+线程id',
    `dl_operate_time` TIMESTAMP NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '数据被操作的时间',
    PRIMARY KEY (`dl_id`),
    UNIQUE KEY `uq_method_name` (`dl_method_name`) USING BTREE
) ENGINE = INNODB DEFAULT charset = utf8 COMMENT = '分布式锁表';

2、思路:
当执行一个方法的时候,我们首先尝试往表中插入一条数据。如果插入成功,则占锁成功,继续往下执行,执行完删除该记录。如果插入失败,我们再以当前方法名、当前机器ip+线程id、数据被操作时间为5分钟内(5分钟表示锁失效的时间)为条件去查询,如果有记录,表示该机器的该线程在5分钟内占有过锁了,直接往下执行最后删除记录;如果没有记录,占有锁失败。
一个用户就是一个线程,所以我们可以把机器ip和用户id组合一起当成dl_device_info

3、占有锁和释放锁:

  • 占有锁:
INSERT INTO tb_distributed_lock (
    dl_method_name,
    dl_device_info
)
VALUES
    ('方法名', 'ip&用户id');

如果insert失败,则:

SELECT
    count(*)
FROM
    tb_distributed_lock
WHERE
    dl_method_name = '方法名'
AND dl_device_info = 'ip&用户id'
AND dl_operate_time < SYSDATE() - 5;
  • 释放锁:
DELETE
FROM
    tb_distributed_lock
WHERE
    dl_method_name = '方法名'
AND dl_device_info = 'ip&用户id';

4、小总结:
以上表结构可能并不是很好,只是提供了这么一个思路。下面说它的优缺点:

  • 优点:成本低,不需要引入其他的技术
  • 缺点:对数据库依赖性强,如果数据库挂了,那就凉凉了,所以数据库最好也是高可用的

三、基于redis实现

1、原理:
基于redis的set key value nx ex 30,这条语句的意思就是如果key不存在就设置,并且过期时间为30s,如果key已经存在就会返回false。如果要以毫秒为单位,把ex换成px就好了。我们执行方法前,先将方法名当成key,执行这条语句,如果执行成功就是获取锁成功,执行失败就是获取锁失败。

2、代码实现:

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