【分布式理论10】分布式协同：分布式互斥算法最佳实现：分布式锁的原理与实现

一、分布式锁的由来和定义

在分布式系统中，多个进程可能会同时访问同一个临界资源，导致数据竞争问题。例如，在秒杀活动中，多个用户同时下单会导致库存扣减的并发冲突。为了解决这一问题，需要引入分布式锁，确保同一时刻只有一个进程能够访问共享资源，从而避免数据不一致问题。

分布式锁的实现方式有多种，包括基于数据库、Redis、ZooKeeper 等方案。其中，数据库实现方式虽然简单，但性能较低，适用于低并发场景。因此，在高并发的应用场景中，通常使用 Redis 和 ZooKeeper 实现分布式锁。

 

二、用数据库实现分布式锁(不推荐)

用数据库实现分布式锁比较简单，就是创建一张锁表。要锁住临界资源并对其访问时，在锁表中增加一条记录即可；删除某条记录就可释放相应的临界资源。数据库对临界资源做了唯一性约束，如果有访问临界资源的请求同时提交到数据库，数据库会保证只有一个请求能够得到锁，然后只有得到锁的这个请求才可以访问临界资源。

由于此类操作属于数据库 IO 操作，效率不高，而且频繁操作会增大数据库的开销，因此这种方式在高并发、对性能要求较高的场景中使用得并不多。

 

三、 通过 Redis 缓存实现分布式锁

前面提到库存作为临界资源会遭遇高并发的请求访问，为了提高效率，可以将库存信息放到缓存中。以流行的 Redis 为例，用其存放库存信息，当多个进程同时请求访问库存时会出现资源争夺现象，也就是分布式程序争夺唯一资源。为了解决这个问题，需要实现分布式锁。
一个进程持有锁后，就可以访问 Redis 中的库存资源，且在其访问期间其他进程是不能访问的。

如下图：假设有多个扣减服务用于响应用户的下单请求，这些服务接收到请求后会去访问Redis 缓存中存放的库存信息，每接收一次用户请求，就将 Redis 中存放的库存量减去 1。

 
超时时间的考虑

如果该进程长期没有释放锁，就会造成其他进程饥饿，因此需要考虑锁的过期时间，设置超时时间。

Redis 通过 SETNX（set if not exists）命令和 EXPIRE（设置过期时间）命令可以实现互斥访问。这里的超时时间需要考虑两方面问题。

• 资源本身的超时时间，一旦资源被使用一段时间后还没有被释放，Redis 就会自动释放该资源，给其他服务使用。
• 服务访问资源的超时时间，如果一个服务访问资源超过一段时间，那么不管这个服务是否处理完，都要马上释放资源给其他服务使用。

下单服务中的扣减操作属于核心操作，因此会用到第二种方式。如果到达规定时间，下单服务还没有处理完库存资源，就重新申请资源并且延长持有锁的时间。

 

代码示例（基于 Redisson 实现 Redis 分布式锁）

这里以 Redisson 为例介绍如何实现分布式锁​。

public void testLock() {
   
   
    Config config = new Config();
    config.useSingleServer()