分布式鎖實現(xiàn)的原理是什么

這篇文章主要講解了“分布式鎖實現(xiàn)的原理是什么”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“分布式鎖實現(xiàn)的原理是什么”吧！

概述

目前幾乎很多大型網(wǎng)站及應用都是分布式部署的，分布式場景中的數(shù)據(jù)一致性問題一直是一個比較重要的話題。分布式的CAP理論告訴我們“任何一個分布式系統(tǒng)都無法同時滿足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分區(qū)容錯性（Partition tolerance），最多只能同時滿足兩項?！彼?，很多系統(tǒng)在設計之初就要對這三者做出取舍。在互聯(lián)網(wǎng)領域的絕大多數(shù)的場景中，都需要犧牲強一致性來換取系統(tǒng)的高可用性，系統(tǒng)往往只需要保證“最終一致性”，只要這個最終時間是在用戶可以接受的范圍內(nèi)即可。

在很多場景中，我們?yōu)榱吮ＷC數(shù)據(jù)的最終一致性，需要很多的技術(shù)方案來支持，比如分布式事務、分布式鎖等。

Redis實現(xiàn)分布式鎖原因

• Redis有很高的性能

• Redis命令對此支持較好，實現(xiàn)起來比較方便

使用命令介紹

SETNX

SETNX key val

當且僅當key不存在時，set一個key為val的字符串，返回1；若key存在，則什么都不做，返回0。

expire

expire key timeout

為key設置一個超時時間，單位為second，超過這個時間鎖會自動釋放，避免死鎖。

delete

delete key

刪除key，在使用Redis實現(xiàn)分布式鎖的時候，主要就會使用到這三個命令。

簡單的實現(xiàn)

使用的是jedis來連接Redis。

實現(xiàn)思想

1. 獲取鎖的時候，使用setnx加鎖，并使用expire命令為鎖添加一個超時時間，超過該時間則自動釋放鎖，鎖的value值為一個隨機生成的UUID，通過此在釋放鎖的時候進行判斷。

2. 獲取鎖的時候還設置一個獲取的超時時間，若超過這個時間則放棄獲取鎖。

3. 釋放鎖的時候，通過UUID判斷是不是該鎖，若是該鎖，則執(zhí)行delete進行鎖釋放,或者將鎖的時間設置為0。

分布式鎖的核心代碼如下

加鎖代碼

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.Transaction;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

public class DistributedLock {
    private final JedisPool jedisPool;
    public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
        this.jedisPool = jedisPool;
    }
    /**
     * 加鎖
     * @param locaName  鎖的key
     * @param acquireTimeout  獲取超時時間
     * @param timeout   鎖的超時時間
     * @return 鎖標識
     */
    public String lockWithTimeout(String locaName, long acquireTimeout, long timeout) {
        Jedis conn = null;
        String retIdentifier = null;
        try {
            // 獲取連接
            conn = jedisPool.getResource();
            // 隨機生成一個value
            String identifier = UUID.randomUUID().toString();
            // 鎖名，即key值
            String lockKey = "lock:" + locaName;
            // 超時時間，上鎖后超過此時間則自動釋放鎖
            int lockExpire = (int)(timeout / 1000);
            // 獲取鎖的超時時間，超過這個時間則放棄獲取鎖
            long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
            while (System.currentTimeMillis() < end) {
                if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
                    conn.expire(lockKey, lockExpire);
                    // 返回value值，用于釋放鎖時間確認
                    retIdentifier = identifier;
                    return retIdentifier;
                }
                // 返回-1代表key沒有設置超時時間，為key設置一個超時時間
                if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
                    conn.expire(lockKey, lockExpire);
                }
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        } catch (JedisException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (conn != null) {
                conn.close();
            }
        }
        return retIdentifier;
    }

解鎖代碼

/**
     * 釋放鎖
     * @param lockName 鎖的key
     * @param identifier    釋放鎖的標識
     * @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，準備開始事務
             conn.watch(lockKey);
             //通過前面返回的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;
    }
}

解鎖代碼此部分最好采用原子性更好，性能更好的Lua的腳本去執(zhí)行解鎖刪除鎖的機制功能實現(xiàn)。

測試

下面就用一個簡單的例子測試剛才實現(xiàn)的分布式鎖。 例子中使用50個線程模擬秒殺一個商品，使用--運算符來實現(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，在其中配置了jedis線程池，在初始化的時候傳給分布式鎖，供其使用。

import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

public class Service {
	private static JedisPool pool = null;
    static {
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        // 設置最大連接數(shù)
        config.setMaxTotal(200);
        // 設置最大空閑數(shù)
        config.setMaxIdle(8);
        // 設置最大等待時間
        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
        // 在borrow一個jedis實例時，是否需要驗證，若為true，則所有jedis實例均是可用的
        config.setTestOnBorrow(true);
        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
    }

    DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);

    int n = 500;

    public void seckill() {
        // 返回鎖的value值，供釋放鎖時候進行判斷
        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);
    }
}

// 模擬線程進行秒殺服務
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，供釋放鎖時候進行判斷
    //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，有一些是異步進行的。

在分布式環(huán)境中，對資源進行上鎖有時候是很重要的，比如搶購某一資源，這時候使用分布式鎖就可以很好地控制資源。

當然，在具體使用中，還需要考慮很多因素，比如超時時間的選取，獲取鎖時間的選取對并發(fā)量都有很大的影響，上述實現(xiàn)的分布式鎖也只是一種簡單的實現(xiàn)，主要是一種思想。

感謝各位的閱讀，以上就是“分布式鎖實現(xiàn)的原理是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學習后，相信大家對分布式鎖實現(xiàn)的原理是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！