分布式鎖如何實(shí)現(xiàn)

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)分布式鎖如何實(shí)現(xiàn)，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

分布式鎖三種實(shí)現(xiàn)方式：1、基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖；2、基于緩存（Redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖；3、基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖。從性能角度（從高到低）來(lái)看：“緩存方式>Zookeeper方式>=數(shù)據(jù)庫(kù)方式”。

分布式鎖三種實(shí)現(xiàn)方式：

1. 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖；
2. 基于緩存（Redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖；
3. 基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖；

一， 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖

1. 悲觀鎖

利用select … where … for update 排他鎖

注意: 其他附加功能與實(shí)現(xiàn)一基本一致，這里需要注意的是“where name=lock ”，name字段必須要走索引，否則會(huì)鎖表。有些情況下，比如表不大，mysql優(yōu)化器會(huì)不走這個(gè)索引，導(dǎo)致鎖表問(wèn)題。

2. 樂(lè)觀鎖

所謂樂(lè)觀鎖與前邊最大區(qū)別在于基于CAS思想，是不具有互斥性，不會(huì)產(chǎn)生鎖等待而消耗資源，操作過(guò)程中認(rèn)為不存在并發(fā)沖突，只有update version失敗后才能覺(jué)察到。我們的搶購(gòu)、秒殺就是用了這種實(shí)現(xiàn)以防止超賣。
通過(guò)增加遞增的版本號(hào)字段實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖

二， 基于緩存（Redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖

1. 使用命令介紹：
（1）SETNX
SETNX key val：當(dāng)且僅當(dāng)key不存在時(shí)，set一個(gè)key為val的字符串，返回1；若key存在，則什么都不做，返回0。
（2）expire
expire key timeout：為key設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間，單位為second，超過(guò)這個(gè)時(shí)間鎖會(huì)自動(dòng)釋放，避免死鎖。
（3）delete
delete key：刪除key

在使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的時(shí)候，主要就會(huì)使用到這三個(gè)命令。

2. 實(shí)現(xiàn)思想：
（1）獲取鎖的時(shí)候，使用setnx加鎖，并使用expire命令為鎖添加一個(gè)超時(shí)時(shí)間，超過(guò)該時(shí)間則自動(dòng)釋放鎖，鎖的value值為一個(gè)隨機(jī)生成的UUID，通過(guò)此在釋放鎖的時(shí)候進(jìn)行判斷。
（2）獲取鎖的時(shí)候還設(shè)置一個(gè)獲取的超時(shí)時(shí)間，若超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄獲取鎖。
（3）釋放鎖的時(shí)候，通過(guò)UUID判斷是不是該鎖，若是該鎖，則執(zhí)行delete進(jìn)行鎖釋放。

3. 分布式鎖的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼：

 /**
    * 分布式鎖的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼    */
   public class DistributedLock {
   
       private final JedisPool jedisPool;
   
       public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
          this.jedisPool = jedisPool;
      }
  
      /**
       * 加鎖
       * @param lockName       鎖的key
       * @param acquireTimeout 獲取超時(shí)時(shí)間
       * @param timeout        鎖的超時(shí)時(shí)間
       * @return 鎖標(biāo)識(shí)
       */
      public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
          Jedis conn = null;
          String retIdentifier = null;
          try {
              // 獲取連接
              conn = jedisPool.getResource();
              // 隨機(jī)生成一個(gè)value
              String identifier = UUID.randomUUID().toString();
              // 鎖名，即key值
              String lockKey = "lock:" + lockName;
              // 超時(shí)時(shí)間，上鎖后超過(guò)此時(shí)間則自動(dòng)釋放鎖
              int lockExpire = (int) (timeout / );
  
              // 獲取鎖的超時(shí)時(shí)間，超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄獲取鎖
              long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
              while (System.currentTimeMillis() < end) {
                  if (conn.setnx(lockKey, identifier) == ) {
                      conn.expire(lockKey, lockExpire);
                      // 返回value值，用于釋放鎖時(shí)間確認(rèn)
                      retIdentifier = identifier;
                      return retIdentifier;
                  }
                  // 返回-代表key沒(méi)有設(shè)置超時(shí)時(shí)間，為key設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間
                  if (conn.ttl(lockKey) == -) {
                      conn.expire(lockKey, lockExpire);
                  }
  
                  try {
                      Thread.sleep();
                  } catch (InterruptedException e) {
                      Thread.currentThread().interrupt();
                  }
              }
          } catch (JedisException e) {
              e.printStackTrace();
          } finally {
              if (conn != null) {
                  conn.close();
              }
          }
          return retIdentifier;
      }
  
      /**
       * 釋放鎖
       * @param lockName   鎖的key
       * @param identifier 釋放鎖的標(biāo)識(shí)
       * @return
       */
      public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
          Jedis conn = null;
          String lockKey = "lock:" + lockName;
          boolean retFlag = false;
          try {
              conn = jedisPool.getResource();
              while (true) {
                  // 監(jiān)視lock，準(zhǔn)備開(kāi)始事務(wù)
                  conn.watch(lockKey);
                  // 通過(guò)前面返回的value值判斷是不是該鎖，若是該鎖，則刪除，釋放鎖
                  if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
                      Transaction transaction = conn.multi();
                      transaction.del(lockKey);
                     List<Object> results = transaction.exec();
                     if (results == null) {
                         continue;
                     }
                     retFlag = true;
                 }
                 conn.unwatch();
                 break;
             }
         } catch (JedisException e) {
             e.printStackTrace();
         } finally {
             if (conn != null) {
                 conn.close();
             }
         }
         return retFlag;
     }
 }

4. 測(cè)試剛才實(shí)現(xiàn)的分布式鎖

例子中使用50個(gè)線程模擬秒殺一個(gè)商品，使用–運(yùn)算符來(lái)實(shí)現(xiàn)商品減少，從結(jié)果有序性就可以看出是否為加鎖狀態(tài)。

模擬秒殺服務(wù)，在其中配置了jedis線程池，在初始化的時(shí)候傳給分布式鎖，供其使用。

public class Service {

    private static JedisPool pool = null;

    private DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);

    int n = 500;

    static {
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        // 設(shè)置最大連接數(shù)
        config.setMaxTotal(200);
        // 設(shè)置最大空閑數(shù)
        config.setMaxIdle(8);
        // 設(shè)置最大等待時(shí)間
        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
        // 在borrow一個(gè)jedis實(shí)例時(shí)，是否需要驗(yàn)證，若為true，則所有jedis實(shí)例均是可用的
        config.setTestOnBorrow(true);
        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
    }

    public void seckill() {
        // 返回鎖的value值，供釋放鎖時(shí)候進(jìn)行判斷
        String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");
        System.out.println(--n);
        lock.releaseLock("resource", identifier);
    }
}

模擬線程進(jìn)行秒殺服務(wù);

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;

    public ThreadA(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        service.seckill();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            ThreadA threadA = new ThreadA(service);
            threadA.start();
        }
    }
}

結(jié)果如下，結(jié)果為有序的：

若注釋掉使用鎖的部分：

public void seckill() {
    // 返回鎖的value值，供釋放鎖時(shí)候進(jìn)行判斷
    //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");
    System.out.println(--n);
    //lock.releaseLock("resource", indentifier);
}

從結(jié)果可以看出，有一些是異步進(jìn)行的：

三， 基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖

ZooKeeper是一個(gè)為分布式應(yīng)用提供一致性服務(wù)的開(kāi)源組件，它內(nèi)部是一個(gè)分層的文件系統(tǒng)目錄樹(shù)結(jié)構(gòu)，規(guī)定同一個(gè)目錄下只能有一個(gè)唯一文件名。基于ZooKeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖的步驟如下：

（1）創(chuàng)建一個(gè)目錄mylock；
（2）線程A想獲取鎖就在mylock目錄下創(chuàng)建臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)；
（3）獲取mylock目錄下所有的子節(jié)點(diǎn)，然后獲取比自己小的兄弟節(jié)點(diǎn)，如果不存在，則說(shuō)明當(dāng)前線程順序號(hào)最小，獲得鎖；
（4）線程B獲取所有節(jié)點(diǎn)，判斷自己不是最小節(jié)點(diǎn)，設(shè)置監(jiān)聽(tīng)比自己次小的節(jié)點(diǎn)；
（5）線程A處理完，刪除自己的節(jié)點(diǎn)，線程B監(jiān)聽(tīng)到變更事件，判斷自己是不是最小的節(jié)點(diǎn)，如果是則獲得鎖。

這里推薦一個(gè)Apache的開(kāi)源庫(kù)Curator，它是一個(gè)ZooKeeper客戶端，Curator提供的InterProcessMutex是分布式鎖的實(shí)現(xiàn)，acquire方法用于獲取鎖，release方法用于釋放鎖。

實(shí)現(xiàn)源碼如下：

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.RetryNTimes;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * 分布式鎖Zookeeper實(shí)現(xiàn)
 *
 */
@Slf4j
@Component
public class ZkLock implements DistributionLock {
private String zkAddress = "zk_adress";
    private static final String root = "package root";
    private CuratorFramework zkClient;

    private final String LOCK_PREFIX = "/lock_";

    @Bean
    public DistributionLock initZkLock() {
        if (StringUtils.isBlank(root)) {
            throw new RuntimeException("zookeeper 'root' can't be null");
        }
        zkClient = CuratorFrameworkFactory
                .builder()
                .connectString(zkAddress)
                .retryPolicy(new RetryNTimes(2000, 20000))
                .namespace(root)
                .build();
        zkClient.start();
        return this;
    }

    public boolean tryLock(String lockName) {
        lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
        boolean locked = true;
        try {
            Stat stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
            if (stat == null) {
                log.info("tryLock:{}", lockName);
                stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
                if (stat == null) {
                    zkClient
                            .create()
                            .creatingParentsIfNeeded()
                            .withMode(CreateMode.EPHEMERAL)
                            .forPath(lockName, "1".getBytes());
                } else {
                    log.warn("double-check stat.version:{}", stat.getAversion());
                    locked = false;
                }
            } else {
                log.warn("check stat.version:{}", stat.getAversion());
                locked = false;
            }
        } catch (Exception e) {
            locked = false;
        }
        return locked;
    }

    public boolean tryLock(String key, long timeout) {
        return false;
    }

    public void release(String lockName) {
        lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
        try {
            zkClient
                    .delete()
                    .guaranteed()
                    .deletingChildrenIfNeeded()
                    .forPath(lockName);
            log.info("release:{}", lockName);
        } catch (Exception e) {
            log.error("刪除", e);
        }
    }

    public void setZkAddress(String zkAddress) {
        this.zkAddress = zkAddress;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：具備高可用、可重入、阻塞鎖特性，可解決失效死鎖問(wèn)題。

缺點(diǎn)：因?yàn)樾枰l繁的創(chuàng)建和刪除節(jié)點(diǎn)，性能上不如Redis方式。

四，對(duì)比

數(shù)據(jù)庫(kù)分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：

1.db操作性能較差，并且有鎖表的風(fēng)險(xiǎn)
2.非阻塞操作失敗后，需要輪詢，占用cpu資源;
3.長(zhǎng)時(shí)間不commit或者長(zhǎng)時(shí)間輪詢，可能會(huì)占用較多連接資源

Redis(緩存)分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：

1.鎖刪除失敗 過(guò)期時(shí)間不好控制
2.非阻塞，操作失敗后，需要輪詢，占用cpu資源;

ZK分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：性能不如redis實(shí)現(xiàn)，主要原因是寫操作（獲取鎖釋放鎖）都需要在Leader上執(zhí)行，然后同步到follower。

總之：ZooKeeper有較好的性能和可靠性。

從理解的難易程度角度（從低到高）數(shù)據(jù)庫(kù) > 緩存 > Zookeeper

從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性角度（從低到高）Zookeeper >= 緩存 > 數(shù)據(jù)庫(kù)

從性能角度（從高到低）緩存 > Zookeeper >= 數(shù)據(jù)庫(kù)

從可靠性角度（從高到低）Zookeeper > 緩存 > 數(shù)據(jù)庫(kù)

關(guān)于分布式鎖如何實(shí)現(xiàn)就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識(shí)。如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到。