分布式锁初窥-分布式锁的三种实现方式

时间  2020-08-26 标签 分布式 锁 初 窥 分布式 锁 三种 实现 方式

分布式锁应该具有哪些条件

在分析分布式锁的三种实现方式以前，先了解一下分布式锁应该具有哪些条件：redis

  1. 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；
  2. 高可用的获取锁与释放锁；
  3. 高性能的获取锁与释放锁；
  4. 具有可重入特性；
  5. 具有锁失效机制，防止死锁；
  6. 具有非阻塞锁特性，即没有获取到锁将直接返回获取锁失败。

分布式锁的三种实现方式

目前几乎不少大型网站及应用都是分布式部署的，分布式场景中的数据一致性问题一直是一个比较重要的话题。分布式的CAP理论告诉咱们“任何一个分布式系统都没法同时知足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance），最多只能同时知足两项。”因此，不少系统在设计之初就要对这三者作出取舍。在互联网领域的绝大多数的场景中，都须要牺牲强一致性来换取系统的高可用性，系统每每只须要保证“最终一致性”，只要这个最终时间是在用户能够接受的范围内便可。sql

在不少场景中，咱们为了保证数据的最终一致性，须要不少的技术方案来支持，好比分布式事务、分布式锁等。有的时候，咱们须要保证一个方法在同一时间内只能被同一个线程执行。数据库

基于数据库实现分布式锁；
基于缓存（Redis等）实现分布式锁；
基于Zookeeper实现分布式锁；

基于数据库的实现方式

基于数据库的实现方式的核心思想是：在数据库中建立一个表，表中包含方法名等字段，并在方法名字段上建立惟一索引，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。缓存

  1. 建立一个表
DROP TABLE IF EXISTS `method_lock`;
CREATE TABLE `method_lock` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `method_name` varchar(64) NOT NULL COMMENT '锁定的方法名',
  `desc` varchar(255) NOT NULL COMMENT '备注信息',
  `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uidx_method_name` (`method_name`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='锁定中的方法';
  1. 想要执行某个方法，就使用这个方法名向表中插入数据：
INSERT INTO method_lock (method_name, desc) VALUES ('methodName', '测试的methodName');

由于咱们对method_name作了惟一性约束，这里若是有多个请求同时提交到数据库的话，数据库会保证只有一个操做能够成功，那么咱们就能够认为操做成功的那个线程得到了该方法的锁，能够执行方法体内容。服务器

  1. 成功插入则获取锁，执行完成后删除对应的行数据释放锁：
delete from method_lock where method_name ='methodName';

注意：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不少其余的玩法！微信

使用基于数据库的这种实现方式很简单，可是对于分布式锁应该具有的条件来讲，它有一些问题须要解决及优化：分布式

  1. 由于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，因此，数据库须要双机部署、数据同步、主备切换；微服务

  2. 不具有可重入的特性，由于同一个线程在释放锁以前，行数据一直存在，没法再次成功插入数据，因此，须要在表中新增一列，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；性能

  3. 没有锁失效机制，由于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，因此，须要在表中新增一列，用于记录失效时间，而且须要有定时任务清除这些失效的数据；测试

  4. 不具有阻塞锁特性，获取不到锁直接返回失败，因此须要优化获取逻辑，循环屡次去获取。

  5. 在实施的过程当中会遇到各类不一样的问题，为了解决这些问题，实现方式将会愈来愈复杂；依赖数据库须要必定的资源开销，性能问题须要考虑。

基于Redis实现分布式锁

  1. 选用Redis实现分布式锁缘由：
  • Redis有很高的性能；
  • Redis命令对此支持较好，实现起来比较方便
  1. 使用命令介绍：
  • SETNX

SETNX key val：当且仅当key不存在时，set一个key为val的字符串，返回1；若key存在，则什么都不作，返回0。

  • expire

expire key timeout：为key设置一个超时时间，单位为second，超过这个时间锁会自动释放，避免死锁。

  • delete

delete key：删除key

在使用Redis实现分布式锁的时候，主要就会使用到这三个命令。

  1. 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，经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，经过UUID判断是否是该锁，如果该锁，则执行delete进行锁释放。

基于Zookeeper实现分布式锁

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惟一文件名。基于ZooKeeper实现分布式锁的步骤以下：

（1）建立一个目录mylock；
（2）线程A想获取锁就在mylock目录下建立临时顺序节点；
（3）获取mylock目录下全部的子节点，而后获取比本身小的兄弟节点，若是不存在，则说明当前线程顺序号最小，得到锁；
（4）线程B获取全部节点，判断本身不是最小节点，设置监听比本身次小的节点；
（5）线程A处理完，删除本身的节点，线程B监听到变动事件，判断本身是否是最小的节点，若是是则得到锁。

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。

优势：具有高可用、可重入、阻塞锁特性，可解决失效死锁问题。

缺点：由于须要频繁的建立和删除节点，性能上不如Redis方式。

结语

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