分布式锁详解-优快云博客

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什么是分布式锁

分布式锁是控制分布式系统之间同步访问共享资源的一种方式,如果不同的系统或同一系统的不同逐级之间共享了一个或一组资源,那么访问这些资源的时候,往往需要互斥来放置彼此干扰来保证一致性,在这种情况下需要使用分布式锁.

分布式锁需要具备的条件

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
高可用的获取锁和释放锁
高性能的获取锁和释放锁
具备可重入特性
具备锁失效特性,防止死锁
具备非阻塞特性,及没有获取到锁直接返回获取锁失败

分布式锁实现的三种方式

基于数据库实现分布式锁
基于缓存redis实现分布式锁
基于Zookeeper实现分布式锁

基于数据库实现分布式锁

基于数据库的实现方式核心思想：在数据库中创建一个表，表中包含方法名等字段，并在方法名字段上创建唯一索引，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。
创建一个表：
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';
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');
因为我们对method_name做了唯一约束，这里如果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作可以成功，那么我们就可以认为操作成功的那个线程获得了该方法的锁，可以执行方法体内容。
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';
使用基于数据库的这种实现方式很简单，但是对于分布式锁应该具备的条件来说，它有一些问题需要解决及优化：
（1）因为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，所以，数据库需要双机部署、数据同步、主备切换。（2）不具备可重入的特性，因为同一个线程在释放锁之前，行数据一直存在，无法再次成功插入数据，所以，需要在表中新增一列，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信息相同，若相同则直接获取锁；（3）没有锁失效机制，因为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，所以，需要在锁中新增一列，用于记录失效时间，并且需要有定时任务清除这些失效的数据；（4）不具备阻塞锁特性，获取不到锁直接返回失败，所以需要优化获取逻辑，循环多次去获取。
在实施过程中会遇到各种不同问题，为了解决这些问题，实现方式将会越来越复杂；依赖数据库需要一定的资源开销，性能问题需要考虑。

基于redis的实现方式

选择redis分布式锁的原因：
（1）redis有很高的性能；（2）redis对此支持的命令较好，实现起来比较方便
使用分布式锁的时候主要用到的命令介绍：
（1）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，则什么都不做，返回0。（2）expire expire key timeout：当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。（3）delete delete key：删除key
实现思想：
（1）获取锁的时候，使用setnx加锁，并使用expire命令给锁加一个超时时间，超过该时间则自动释放锁，锁的value值为一个随机生成的UUID，通过此在释放锁的时候进行判断。（2）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。（3）释放锁的时候，通过UUID判断是不是该锁，若是该锁，则执行delete进行锁释放。

基于ZooKeeper的实现方式

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唯一文件名。
基于ZooKeeper实现分布式锁的步骤如下：
（1）创建一个目录mylock；（2）线程A想获取锁就在mylock目录下创建临时顺序节点；（3）获取mylock目录下所有的子节点，然后获取比自己小的兄弟节点，如果不存在，则说明当前线程顺序号最小，获得锁；（4）线程B获取所有节点，判断自己不是最小节点，设置监听比自己小的节点；（5）线程A处理完，删除自己的节点，线程B监听到变更事件，判断自己是不是最小节点，如果是则获得锁。
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用于释放锁。
优点：具备高可用、可重入、阻塞锁特性，可解决失效死锁问题。
缺点：因为需要频繁的创建和删除节点，性能上不如redis方式。