分布式锁三种实现方式:
一, 基于数据库实现分布式锁
1. 悲观锁
利用select … where … for update 排他锁
注意: 其他附加功能与实现一基本一致,这里需要注意的是“where name=lock ”,name字段必须要走索引,否则会锁表。有些情况下,比如表不大,mysql优化器会不走这个索引,导致锁表问题。
2. 乐观锁
所谓乐观锁与前边最大区别在于基于CAS思想,是不具有互斥性,不会产生锁等待而消耗资源,操作过程中认为不存在并发冲突,只有update version失败后才能觉察到。我们的抢购、秒杀就是用了这种实现以防止超卖。
通过增加递增的版本号字段实现乐观锁
二, 基于缓存(Redis等)实现分布式锁
1. 使用命令介绍:
(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:为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
在使用Redis实现分布式锁的时候,主要就会使用到这三个命令。
2. 实现思想:
(1)获取锁的时候,使用setnx加锁,并使用expire命令为锁添加一个超时时间,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。
3.分布式锁的简单实现代码:
1 /** 2 * 分布式锁的简单实现代码 4 */ 5 public class DistributedLock { 6 7 private final JedisPool jedisPool; 8 9 public DistributedLock(JedisPool jedisPool) { 10 this.jedisPool = jedisPool; 11 } 12 13 /** 14 * 加锁 15 * @param lockName 锁的key 16 * @param acquireTimeout 获取超时时间 17 * @param timeout 锁的超时时间 18 * @return 锁标识 19 */ 20 public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) { 21 Jedis conn = null; 22 String retIdentifier = null; 23 try { 24 // 获取连接 25 conn = jedisPool.getResource(); 26 // 随机生成一个value 27 String identifier = UUID.randomUUID().toString(); 28 // 锁名,即key值 29 String lockKey = "lock:" + lockName; 30 // 超时时间,上锁后超过此时间则自动释放锁 31 int lockExpire = (int) (timeout / 1000); 32 33 // 获取锁的超时时间,超过这个时间则放弃获取锁 34 long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout; 35 while (System.currentTimeMillis() < end) { 36 if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) { 37 conn.expire(lockKey, lockExpire); 38 // 返回value值,用于释放锁时间确认 39 retIdentifier = identifier; 40 return retIdentifier; 41 } 42 // 返回-1代表key没有设置超时时间,为key设置一个超时时间 43 if (conn.ttl(lockKey) == -1) { 44 conn.expire(lockKey, lockExpire); 45 } 46 47 try { 48 Thread.sleep(10); 49 } catch (InterruptedException e) { 50 Thread.currentThread().interrupt(); 51 } 52 } 53 } catch (JedisException e) { 54 e.printStackTrace(); 55 } finally { 56 if (conn != null) { 57 conn.close(); 58 } 59 } 60 return retIdentifier; 61 } 62 63 /** 64 * 释放锁 65 * @param lockName 锁的key 66 * @param identifier 释放锁的标识 67 * @return 68 */ 69 public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) { 70 Jedis conn = null; 71 String lockKey = "lock:" + lockName; 72 boolean retFlag = false; 73 try { 74 conn = jedisPool.getResource(); 75 while (true) { 76 // 监视lock,准备开始事务 77 conn.watch(lockKey); 78 // 通过前面返回的value值判断是不是该锁,若是该锁,则删除,释放锁 79 if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) { 80 Transaction transaction = conn.multi(); 81 transaction.del(lockKey); 82 List<Object> results = transaction.exec(); 83 if (results == null) { 84 continue; 85 } 86 retFlag = true; 87 } 88 conn.unwatch(); 89 break; 90 } 91 } catch (JedisException e) { 92 e.printStackTrace(); 93 } finally { 94 if (conn != null) { 95 conn.close(); 96 } 97 } 98 return retFlag; 99 } 100 }
4.测试刚才实现的分布式锁
例子中使用50个线程模拟秒杀一个商品,使用–运算符来实现商品减少,从结果有序性就可以看出是否为加锁状态。
模拟秒杀服务,在其中配置了jedis线程池,在初始化的时候传给分布式锁,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(); // 设置最大连接数 config.setMaxTotal(200); // 设置最大空闲数 config.setMaxIdle(8); // 设置最大等待时间 config.setMaxWaitMillis(1000 * 100); // 在borrow一个jedis实例时,是否需要验证,若为true,则所有jedis实例均是可用的 config.setTestOnBorrow(true); pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000); } public void seckill() { // 返回锁的value值,供释放锁时候进行判断 String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁"); System.out.println(--n); lock.releaseLock("resource", identifier); } }
模拟线程进行秒杀服务;
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(); } } }
结果如下,结果为有序的:
若注释掉使用锁的部分:
public void seckill() { // 返回锁的value值,供释放锁时候进行判断 //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁"); System.out.println(--n); //lock.releaseLock("resource", indentifier); }
从结果可以看出,有一些是异步进行的:
三, 基于Zookeeper实现分布式锁
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,设置监听比自己次小的节点;
(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的节点,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方法用于释放锁。
实现源码如下:
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; /** * 分布式锁Zookeeper实现 * */ @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("删除", e); } } public void setZkAddress(String zkAddress) { this.zkAddress = zkAddress; } }
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。
四,对比
数据库分布式锁实现
缺点:
1.db操作性能较差,并且有锁表的风险
2.非阻塞操作失败后,需要轮询,占用cpu资源;
3.长时间不commit或者长时间轮询,可能会占用较多连接资源
Redis(缓存)分布式锁实现
缺点:
1.锁删除失败 过期时间不好控制
2.非阻塞,操作失败后,需要轮询,占用cpu资源;
ZK分布式锁实现
缺点:性能不如redis实现,主要原因是写操作(获取锁释放锁)都需要在Leader上执行,然后同步到follower。
总之:ZooKeeper有较好的性能和可靠性。
从理解的难易程度角度(从低到高)数据库 > 缓存 > Zookeeper
从实现的复杂性角度(从低到高)Zookeeper >= 缓存 > 数据库
从性能角度(从高到低)缓存 > Zookeeper >= 数据库
从可靠性角度(从高到低)Zookeeper > 缓存 > 数据库
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