分布式锁

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分布式锁

在项目中,当共享资源出现竞争情况的时候,为了防止出现并发问题,我们一般会采用锁机制来控制。在单机环境下,可以使用synchronized或Lock来实现;但是在分布式系统中,因为竞争的线程可能不在同一个节点上(同一个jvm中),所以需要一个让所有进程都能访问到的锁来实现,比如mysql、redis、zookeeper

mysql作为分布式锁

通过增加删除数据来作为锁

在mysql中插入一条记录,表明获取锁。删除一条记录,表明释放锁。且在mysql表中设置一个unique key字段,当有一台机器获得锁后,其他机器无法获取。

  1. 如果一台机器获得锁,在释放锁之前进程挂了, 那么其他机器无法获取到锁。 可以引入锁有效时间的概念,超时后,删除记录,释放锁(必须做到可删除),同时产生告警。

  2. 万一获取锁的操作失败了,就直接做错误处理,也不太好。可以引入循环重试的方式来解决,控制重试次数。

通过给数据加排他锁来实现

适用场景: Mysql分布式锁一般适用于资源不存在数据库,如果数据库存在比如订单,那么可以直接对这条数据加行锁,不需要我们上面多的繁琐的步骤,比如一个订单,那么我们可以用select * from order_table where id = 'xxx' for update进行加行锁,那么其他的事务就不能对其进行修改。

优点:理解起来简单,不需要维护额外的第三方中间件(比如Redis,Zk)。

缺点:虽然容易理解但是实现起来较为繁琐,需要自己考虑锁超时,加事务等等。性能局限于数据库,一般对比缓存来说性能较低。对于高并发的场景并不是很适合。

使用redis作为分布式锁

1.加锁

最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的唯一标识,按业务来决定命名,value为当前线程的线程ID。

比如想要给一种商品的秒杀活动加锁,可以给key命名为 “lock_sale_ID” 。而value设置成什么呢?我们可以姑且设置成1。加锁的伪代码如下:

setnx(key,1)当一个线程执行setnx返回1,说明key原本不存在,该线程成功得到了锁,当其他线程执行setnx返回0,说明key已经存在,该线程抢锁失败。

2.解锁

有加锁就得有解锁。当得到锁的线程执行完任务,需要释放锁,以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式是执行del指令,伪代码如下:

del(key)删除key,释放锁之后,其他线程就可以继续执行setnx命令来获得锁。

3.锁超时

锁超时是什么意思呢?如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉,来不及显式地释放锁,这块资源将会永远被锁住,别的线程再也别想进来。

所以,setnx的key必须设置一个超时时间,以保证即使没有被显式释放,这把锁也要在一定时间后自动释放。expire(key, 30)

优点:对于Redis实现简单,性能对比ZK和Mysql较好。如果不需要特别复杂的要求,那么自己就可以利用setNx进行实现。

缺点:需要维护Redis集群,如果要实现RedLock那么需要维护更多的集群。

使用zookeeper作为分布式锁

进程需要访问共享数据时, 就在"/locks"节点下创建一个sequence类型的子节点, 称为thisPath. 当thisPath在所有子节点中最小时, 说明该进程获得了锁. 进程获得锁之后, 就可以访问共享资源了. 访问完成后, 需要将thisPath删除. 锁由新的最小的子节点获得.

进程如何知道thisPath是所有子节点中最小的呢? 可以在创建的时候, 通过getChildren方法获取子节点列表, 然后在列表中找到排名比thisPath前1位的节点, 称为waitPath, 然后在waitPath上注册监听, 当waitPath被删除后, 进程获得通知, 此时说明该进程获得了锁.

lock操作过程:

1、创建一个永久性节点,作锁的根目录

2、当要获取一个锁时,在锁目录下创建一个临时有序列的节点

3、检查锁目录的子节点是否有序列比它小,若有则监听比它小的上一个节点,当前锁处于等待状态

4、当等待时间超过Zookeeper session的连接时间(sessionTimeout)时,当前session过期,Zookeeper自动删除此session创建的临时节点,等待状态结束,获取锁失败

5、当监听器触发时,等待状态结束,获得锁

unlock操作过程: 将自己id对应的节点删除即可,对应的下一个排队的节点就可以收到Watcher事件,从而被唤醒得到锁后退出;

优点:ZK可以不需要关心锁超时时间,ZK获取锁会按照加锁的顺序,所以其是公平锁。zk的集群处理非常优秀,对于高可用利用ZK集群进行保证。

缺点:ZK需要额外维护,增加维护成本,性能和Mysql相差不大,依然比较差。并且需要开发人员了解ZK是什么。