分布式锁专题

一、定义

在分布式环境下，实现多线程分布式互斥的一种锁机制。说明白了就是多个线程对于临界资源，我们需要一种手段保证一个线程去访问共享资源

二、实现方式

1.数据库

、乐观锁和悲观锁。
1.1、基于表记录
最简单的方式可能就是直接创建一张锁表，然后通过操作该表中的数据来实现了。当我们想要获得锁的时候，就可以在该表中增加一条记录，想要释放锁的时候就删除这条记录。

缺点：
这种锁没有失效时间，一旦释放锁的操作失败就会导致锁记录一直在数据库中，其它线程无法获得锁。这个缺陷也很好解决，比如可以做一个定时任务去定时清理。
这种锁的可靠性依赖于数据库。建议设置备库，避免单点，进一步提高可靠性。
这种锁是非阻塞的，因为插入数据失败之后会直接报错，想要获得锁就需要再次操作。如果需要阻塞式的，可以弄个for循环、while循环之类的，直至INSERT成功再返回。

1.2、乐观锁
乐观锁大多数是基于数据版本(version)的记录机制实现的。何谓数据版本号？即为数据增加一个版本标识，在基于数据库表的版本解决方案中，一般是通过为数据库表添加一个 “version”字段来实现读取出数据时，将此版本号一同读出，之后更新时，对此版本号加1。在更新过程中，会对版本号进行比较，如果是一致的，没有发生改变，则会成功执行本次操作；如果版本号不一致，则会更新失败。

1.3、悲观锁
除了可以通过增删操作数据库表中的记录以外，我们还可以借助数据库中自带的锁来实现分布式锁。在查询语句后面增加FOR UPDATE，数据库会在查询过程中给数据库表增加悲观锁，也称排他锁。当某条记录被加上悲观锁之后，其它线程也就无法再改行上增加悲观锁。

缺点：对数据库压力大，处理机制不灵活

2.zk

持久化节点（zk断开节点还在）
持久化顺序编号目录节点
临时目录节点（客户端断开后节点就删除了）
临时目录编号目录节点

实现：zk就是基于临时顺序节点去实现各种分布式锁的。因为zk节点是唯一性的，创建临时顺序节点，顺序保证不是舰艇所有。
1）每次在创建锁和释放锁的过程中，都要动态创建、销毁瞬时节点来实现锁功能，Zk性能上可能并没有缓存服务那么高。
2）由于网络抖动，客户端可ZK集群的session连接断了，那么zk以为客户端挂了，就会删除临时节点，这时候其他客户端就可以获取到分布式锁了。

从锁的粒度和并发，选择redis。

3.实现分布式锁

实现方式
1、setnx+lua脚本

考虑锁续期：
当加锁成功后，同时开启守护线程，默认有效期是30秒，每隔10秒就会给锁续期到30秒，只要持有锁的客户端没有宕机，就能保证一直持有锁，直到业务代码执行完毕由客户端自己解锁，如果宕机了自然就在有效期失效后自动解锁。

2、使用reddison
redisson内部就像reentanlock一样，提供getlock和unlock的api供我们去调用，而这里的设置的key是业务名字，val存放的是一个线程id+uuid，保证每一次只能由当前线程获取释放锁；redission的底层通过hash获取到redis集群的一个节点，也是用lua去实现锁，而且是可重入锁。
另外，还有一个锁续期的轮询机制，默认是30s，每隔10s会进行一次续期；防止业务时间执行大于过期时间

追问：可重入锁意思是在外层使用锁之后，内层仍然可以使用，那么可重入锁的实现思路又是怎么样的呢？

使用Redis的哈希表存储可重入次数，当加锁成功后，使用hset命令，value(重入次数)则是1。

"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; "

释放锁时候，就会进行 -1

追问，锁续期
回答看门狗原理

追问：获取锁失败，一直会尝试加锁，耗性能，如何优化？
这个我们用redis的发布订阅模式来优化，也就说把：
获取锁失败订阅锁释放的信息；
当持有客户端释放锁的时候，发布释放锁的消息，进入阻塞状态；
当持有锁的客户端释放锁时候，发布时锁释放的消息；
进入阻塞状态的，就可以解除阻塞等待。

追问：时间轮算法？
定时器一般有两种方式：阻塞线程，线程消耗大；
另一种任务队列定期扫描；消耗cpu性能；

衍生出：时间轮算法
结构：循环链表数据结构；
原理：我们假设指针没跳动一下需要10秒，然后现在我们有一个50秒后执行的任务A，由此推断在当前指针指向2的时候，任务A会被存放在槽格7中。当指针跳动到7后取出槽格中的任务队列，此时任务A将会被执行。但是当如果有100秒后的任务需要执行，依然超出了槽格数量是该怎么办呢？很简单，我们为任务实例添加一个属性“圈数”就可以解决。就是说每次装载任务时算出此任务需要指针转动几圈才能够被执行。

追问：主从还没同步，主节点挂掉，如何保证锁不受影响？
引入redlock算法，要满足n/2+1节点获取锁后， 客户端才能获取锁。

注意：获取锁时间+时钟漂移，避免释放