分布式鎖的三種實現方式:
1、基於數據庫:1)利用唯一索引約束;2)利用數據庫自帶排他鎖
2、基於緩存:利用setnx()返回值
3、基於ZooKeeper:1)利用ZooKeeper同一個目錄下只能有一個唯一文件名;2)利用ZooKeeper分布式鎖客戶端Curator
注:需要考慮的因素:單點、可重入、阻塞、失效時間
一、基於數據庫的實現方式
基於數據庫的實現方式的核心思想是:在數據庫中創建一個表,表中包含方法名等字段,並在方法名字段上創建唯一索引,想要執行某個方法,就使用這個方法名向表中插入數據,成功插入則獲取鎖,執行完成后刪除對應的行數據釋放鎖。
1、創建一個表:
DROP TABLE IF EXISTS `method_lock`; CREATE TABLE `method_lock` ( `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵', `method_name` varchar(64) NOT NULL COMMENT '鎖定的方法名', `desc` varchar(255) NOT NULL COMMENT '備注信息', `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='鎖定中的方法';
2、想要執行某個方法,就使用這個方法名向表中插入數據:
INSERT INTO method_lock (method_name, desc) VALUES ('methodName', '測試的methodName');
因為我們對method_name做了唯一性約束,這里如果有多個請求同時提交到數據庫的話,數據庫會保證只有一個操作可以成功,那么我們就可以認為操作成功的那個線程獲得了該方法的鎖,可以執行方法體內容。
3、成功插入則獲取鎖,執行完成后刪除對應的行數據釋放鎖:
delete from method_lock where method_name ='methodName';
注意:這只是使用基於數據庫的一種方法,使用數據庫實現分布式鎖還有很多其他的玩法!
使用基於數據庫的這種實現方式很簡單,但是對於分布式鎖應該具備的條件來說,它有一些問題需要解決及優化:
1)因為是基於數據庫實現的,數據庫的可用性和性能將直接影響分布式鎖的可用性及性能,所以,數據庫需要雙機部署、數據同步、主備切換;
2)不具備可重入的特性,因為同一個線程在釋放鎖之前,行數據一直存在,無法再次成功插入數據,所以,需要在表中新增一列,用於記錄當前獲取到鎖的機器和線程信息,在再次獲取鎖的時候,先查詢表中機器和線程信息是否和當前機器和線程相同,若相同則直接獲取鎖;
3)沒有鎖失效機制,因為有可能出現成功插入數據后,服務器宕機了,對應的數據沒有被刪除,當服務恢復后一直獲取不到鎖,所以,需要在表中新增一列,用於記錄失效時間,並且需要有定時任務清除這些失效的數據;
4)不具備阻塞鎖特性,獲取不到鎖直接返回失敗,所以需要優化獲取邏輯,循環多次去獲取。
5)在實施的過程中會遇到各種不同的問題,為了解決這些問題,實現方式將會越來越復雜;依賴數據庫需要一定的資源開銷,性能問題需要考慮。
二、基於Redis的實現方式
1、選用Redis實現分布式鎖原因:
1)Redis有很高的性能;
2)Redis命令對此支持較好,實現起來比較方便
2、使用命令介紹:
1)SETNX
SETNX key val:當且僅當key不存在時,set一個key為val的字符串,返回1;若key存在,則什么都不做,返回0。
2)expire
expire key timeout:為key設置一個超時時間,單位為second,超過這個時間鎖會自動釋放,避免死鎖。
3)delete
delete key:刪除key
3、實現思想:
1)獲取鎖的時候,使用setnx加鎖,並使用expire命令為鎖添加一個超時時間,超過該時間則自動釋放鎖,鎖的value值為一個隨機生成的UUID,通過此在釋放鎖的時候進行判斷。
2)獲取鎖的時候還設置一個獲取的超時時間,若超過這個時間則放棄獲取鎖。
3)釋放鎖的時候,通過UUID判斷是不是該鎖,若是該鎖,則執行delete進行鎖釋放。
4、 分布式鎖的簡單實現代碼:
/** * 分布式鎖的簡單實現代碼 */ public class DistributedLock { private final JedisPool jedisPool; public DistributedLock(JedisPool jedisPool) { this.jedisPool = jedisPool; } /** * 加鎖 * @param lockName 鎖的key * @param acquireTimeout 獲取超時時間 * @param timeout 鎖的超時時間 * @return 鎖標識 */ public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) { Jedis conn = null; String retIdentifier = null; try { // 獲取連接 conn = jedisPool.getResource(); // 隨機生成一個value String identifier = UUID.randomUUID().toString(); // 鎖名,即key值 String lockKey = "lock:" + lockName; // 超時時間,上鎖后超過此時間則自動釋放鎖 int lockExpire = (int) (timeout / 1000); // 獲取鎖的超時時間,超過這個時間則放棄獲取鎖 long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout; while (System.currentTimeMillis() < end) { if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) { conn.expire(lockKey, lockExpire); // 返回value值,用於釋放鎖時間確認 retIdentifier = identifier; return retIdentifier; } // 返回-1代表key沒有設置超時時間,為key設置一個超時時間 if (conn.ttl(lockKey) == -1) { conn.expire(lockKey, lockExpire); } try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } catch (JedisException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (conn != null) { conn.close(); } } return retIdentifier; } /** * 釋放鎖 * @param lockName 鎖的key * @param identifier 釋放鎖的標識 * @return */ public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) { Jedis conn = null; String lockKey = "lock:" + lockName; boolean retFlag = false; try { conn = jedisPool.getResource(); while (true) { // 監視lock,准備開始事務 conn.watch(lockKey); // 通過前面返回的value值判斷是不是該鎖,若是該鎖,則刪除,釋放鎖 if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) { Transaction transaction = conn.multi(); transaction.del(lockKey); List<object> results = transaction.exec(); if (results == null) { continue; } retFlag = true; } conn.unwatch(); break; } } catch (JedisException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (conn != null) { conn.close(); } } return retFlag; } }
三、基於ZooKeeper的實現方式
ZooKeeper是一個為分布式應用提供一致性服務的開源組件,它內部是一個分層的文件系統目錄樹結構,規定同一個目錄下只能有一個唯一文件名。基於ZooKeeper實現分布式鎖的步驟如下:
1)創建一個目錄mylock;
2)線程A想獲取鎖就在mylock目錄下創建臨時順序節點;
3)獲取mylock目錄下所有的子節點,然后獲取比自己小的兄弟節點,如果不存在,則說明當前線程順序號最小,獲得鎖;
4)線程B獲取所有節點,判斷自己不是最小節點,設置監聽比自己次小的節點;
5)線程A處理完,刪除自己的節點,線程B監聽到變更事件,判斷自己是不是最小的節點,如果是則獲得鎖。
這里推薦一個Apache的開源庫Curator,它是一個ZooKeeper客戶端,Curator提供的InterProcessMutex是分布式鎖的實現,acquire方法用於獲取鎖,release方法用於釋放鎖。
優點:具備高可用、可重入、阻塞鎖特性,可解決失效死鎖問題。
缺點:因為需要頻繁的創建和刪除節點,性能上不如Redis方式。