分布式锁三种实现方式(数据库实现,缓存Redis等,Zookeeper)

时间:2024-10-13 08:02:12

分布式锁三种实现方式:

1. 基于数据库实现分布式锁

2. 基于缓存(Redis等)实现分布式锁;

3. 基于Zookeeper实现分布式锁;

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

分布式锁三种实现方式(数据库实现,缓存Redis等,Zookeeper)

 

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  = 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 = ();
 26 // 随机生成一个value
 27 String identifier = ().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 = () + acquireTimeout;
 35 while (() < end) {
 36 if ((lockKey, identifier) == 1) {
 37 (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 ((lockKey) == -1) {
 44 (lockKey, lockExpire);
 45 }
 46 
 47 try {
 48 (10);
 49 } catch (InterruptedException e) {
 50 ().interrupt();
 51 }
 52 }
 53 } catch (JedisException e) {
 54 ();
 55 } finally {
 56 if (conn != null) {
 57 ();
 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 = ();
 75 while (true) {
 76 // 监视lock,准备开始事务
 77 (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 (((lockKey))) {
 80 Transaction transaction = ();
 81 (lockKey);
 82 List<Object> results = ();
 83 if (results == null) {
 84 continue;
 85 }
 86 retFlag = true;
 87 }
 88 ();
 89 break;
 90 }
 91 } catch (JedisException e) {
 92 ();
 93 } finally {
 94 if (conn != null) {
 95 ();
 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
 (200);
 // 设置最大空闲数
 (8);
 // 设置最大等待时间
 (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
 (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 = ("resource", 5000, 1000);
 (().getName() + "获得了锁");
 (--n);
 ("resource", identifier);
 }
}

模拟线程进行秒杀服务;

public class ThreadA extends Thread {
 private Service service;

 public ThreadA(Service service) {
  = service;
 }

 @Override
 public void run() {
 ();
 }
}

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);
 ();
 }
 }
}

结果如下,结果为有序的:

分布式锁三种实现方式(数据库实现,缓存Redis等,Zookeeper)

 

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 = ("resource", 5000, 1000);
 (().getName() + "获得了锁");
 (--n);
 //("resource", indentifier);
}

从结果可以看出,有一些是异步进行的:

分布式锁三种实现方式(数据库实现,缓存Redis等,Zookeeper)

 

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。

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:

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