Redis與Zookeeper實現分布式鎖的區別

Redis實現分布式鎖

　　1.根據lockKey區進行setnx（set not exist，如果key值為空，則正常設置，返回1，否則不會進行設置並返回0）操作，如果設置成功，表示已經獲得鎖，否則並沒有獲取鎖。

　　2.如果沒有獲得鎖，去Redis上拿到該key對應的值，在該key上我們存儲一個時間戳（用毫秒表示，t1），為了避免死鎖以及其他客戶端占用該鎖超過一定時間（5秒），使用該客戶端當前時間戳，與存儲的時間戳作比較。

　　3.如果沒有超過該key的使用時限，返回false，表示其他人正在占用該key，不能強制使用；如果已經超過時限，那我們就可以進行解鎖，使用我們的時間戳來代替該字段的值。

　　4.但是如果在setnx失敗后，get該值卻無法拿到該字段時，說明操作之前該鎖已經被釋放，這個時候，最好的辦法就是重新執行一遍setnx方法來獲取其值以獲得該鎖。

　　釋放鎖：刪除redis中key

 

public class RedisKeyLock {
    private static Logger logger = Logger.getLogger(RedisKeyLock.class);
    private final static long ACCQUIRE_LOCK_TIMEOUT_IN_MS = 10 * 1000;
    private final static int EXPIRE_IN_SECOND = 5;//鎖失效時間
    private final static long WAIT_INTERVAL_IN_MS = 100;
    private static RedisKeyLock lock;
    private JedisPool jedisPool;
    private RedisKeyLock(JedisPool pool){
        this.jedisPool = pool;
    }
    public static RedisKeyLock getInstance(JedisPool pool){
        if(lock == null){
            lock = new RedisKeyLock(pool);
        }
        return lock;
    }
 
    public void lock(final String redisKey) {
        Jedis resource = null;
        try {
            long now = System.currentTimeMillis();
            resource = jedisPool.getResource();
            long timeoutAt = now + ACCQUIRE_LOCK_TIMEOUT_IN_MS;
            boolean flag = false;
            while (true) {
                String expireAt = String.valueOf(now + EXPIRE_IN_SECOND * 1000);
                long ret = resource.setnx(redisKey, expireAt);
                if (ret == 1) {//已獲取鎖
                    flag = true;
                    break;
                } else {//未獲取鎖，重試獲取鎖
                    String oldExpireAt = resource.get(redisKey);
                    if (oldExpireAt != null && Long.parseLong(oldExpireAt) < now) {
                        oldExpireAt = resource.getSet(redisKey, expireAt);
                        if (Long.parseLong(oldExpireAt) < now) {
                            flag = true;
                            break;
                        }
                    }
                }
                if (timeoutAt < now) {
                    break;
                }
              TimeUnit.NANOSECONDS.sleep(WAIT_INTERVAL_IN_MS);
            }
            if (!flag) {
                throw new RuntimeException("canot acquire lock now ...");
            }
        } catch (JedisException je) {
            logger.error("lock", je);
            je.printStackTrace();
            if (resource != null) {
                jedisPool.returnBrokenResource(resource);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            logger.error("lock", e);
        } finally {
            if (resource != null) {
                jedisPool.returnResource(resource);
            }
        }
    }
    public boolean unlock(final String redisKey) {
        Jedis resource = null;
        try {
            resource = jedisPool.getResource();
            resource.del(redisKey);
            return true;
        } catch (JedisException je) {
            je.printStackTrace();
            if (resource != null) {
                jedisPool.returnBrokenResource(resource);
            }
            return false;
        } catch (Exception e) {
            logger.error("lock", e);
            return false;
        } finally {
            if (resource != null) {
                jedisPool.returnResource(resource);
            }
        }
    }
}

 

另一個版本：

　　SET my:lock 隨機值 NX PX 30000

　　這個的NX的意思就是只有key不存在的時候才會設置成功，PX 30000的意思是30秒后鎖自動釋放。別人創建的時候如果發現已經有了就不能加鎖了。

　　釋放鎖就是刪除key，但是一般可以用lua腳本刪除，判斷value一樣才刪除

 

　　為啥要用隨機值呢？因為如果某個客戶端獲取到了鎖，但是阻塞了很長時間才執行完，此時可能已經自動釋放鎖了，此時可能別的客戶端已經獲取到了這個鎖，要是你這個時候直接刪除key的話會有問題，所以得用隨機值加上面的lua腳本來釋放鎖。（就是根據這個隨機值來判斷這個鎖是不是自己加的）

 

　　如果是Redis是單機，會有問題。因為如果是普通的redis單實例，那就是單點故障。單節點掛了會導致鎖失效。

　　如果是redis普通主從，那redis主從異步復制，如果主節點掛了，key還沒同步到從節點，此時從節點切換為主節點，別人就會拿到鎖。

 

RedLock算法

　　這個場景是假設有一個redis cluster，有5個redis master實例。然后執行如下步驟獲取一把鎖：

 

　　獲取當前時間戳，單位是毫秒

　　跟上面類似，輪流嘗試在每個master節點上創建鎖，過期時間較短，一般就幾十毫秒

　　嘗試在大多數節點上建立一個鎖，比如5個節點就要求是3個節點（n / 2 +1）

　　客戶端計算建立好鎖的時間，如果建立鎖的時間小於超時時間，就算建立成功了

　　要是鎖建立失敗了，那么就依次刪除這個鎖

　　只要別人建立了一把分布式鎖，你就得不斷輪詢去嘗試獲取鎖

 

 

　

Zookeeper實現分布式鎖

基於臨時順序節點：

　　1.客戶端調用create()方法創建名為“locknode/guid-lock-”的節點，需要注意的是，這里節點的創建類型需要設置為EPHEMERAL_SEQUENTIAL。

　　2.客戶端調用getChildren(“locknode”)方法來獲取所有已經創建的子節點。

　　3.客戶端獲取到所有子節點path之后，如果發現自己在步驟1中創建的節點是所有節點中序號最小的，那么就認為這個客戶端獲得了鎖。

　　4.如果創建的節點不是所有節點中序號最小的，那么則監視比自己創建節點的序列號小的最大的節點，進入等待。直到下次監視的子節點變更的時候，再進行子節點的獲取，判斷是否獲取鎖。

　　釋放鎖的過程相對比較簡單，就是刪除自己創建的那個子節點即可。

 

不太嚴謹的代碼：

 

public class ZooKeeperDistributedLock implements Watcher{
    
    private ZooKeeper zk;
    private String locksRoot= "/locks";
    private String productId;
    private String waitNode;
    private String lockNode;
    private CountDownLatch latch;
    private CountDownLatch connectedLatch = new CountDownLatch(1);
private int sessionTimeout = 30000; 

    public ZooKeeperDistributedLock(String productId){
        this.productId = productId;
         try {
       String address = "192.168.31.187:2181,192.168.31.19:2181,192.168.31.227:2181";
            zk = new ZooKeeper(address, sessionTimeout, this);
            connectedLatch.await();
        } catch (IOException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
    }

    public void process(WatchedEvent event) {
        if(event.getState()==KeeperState.SyncConnected){
            connectedLatch.countDown();
            return;
        }

        if(this.latch != null) {  
            this.latch.countDown(); 
        }
    }

    public void acquireDistributedLock() {   
        try {
            if(this.tryLock()){
                return;
            }
            else{
                waitForLock(waitNode, sessionTimeout);
            }
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        } 
}

    public boolean tryLock() {
        try {
         // 傳入進去的locksRoot + “/” + productId
        // 假設productId代表了一個商品id，比如說1
        // locksRoot = locks
        // /locks/10000000000，/locks/10000000001，/locks/10000000002
            lockNode = zk.create(locksRoot + "/" + productId, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
   
            // 看看剛創建的節點是不是最小的節點
         // locks：10000000000，10000000001，10000000002
            List<String> locks = zk.getChildren(locksRoot, false);
            Collections.sort(locks);
    
            if(lockNode.equals(locksRoot+"/"+ locks.get(0))){
                //如果是最小的節點,則表示取得鎖
                return true;
            }
    
            //如果不是最小的節點，找到比自己小1的節點
      int previousLockIndex = -1;
            for(int i = 0; i < locks.size(); i++) {
        if(lockNode.equals(locksRoot + “/” + locks.get(i))) {
                     previousLockIndex = i - 1;
            break;
        }
       }
       
       this.waitNode = locks.get(previousLockIndex);
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
        return false;
    }
     
    private boolean waitForLock(String waitNode, long waitTime) throws InterruptedException, KeeperException {
        Stat stat = zk.exists(locksRoot + "/" + waitNode, true);
        if(stat != null){
            this.latch = new CountDownLatch(1);
            this.latch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);                   this.latch = null;
        }
        return true;
}

    public void unlock() {
        try {
        // 刪除/locks/10000000000節點
        // 刪除/locks/10000000001節點
            System.out.println("unlock " + lockNode);
            zk.delete(lockNode,-1);
            lockNode = null;
            zk.close();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        }
}

    public class LockException extends RuntimeException {
        private static final long serialVersionUID = 1L;
        public LockException(String e){
            super(e);
        }
        public LockException(Exception e){
            super(e);
        }
}

// 如果有一把鎖，被多個人給競爭，此時多個人會排隊，第一個拿到鎖的人會執行，然后釋放鎖，后面的每個人都會去監聽排在自己前面的那個人創建的node上，一旦某個人釋放了鎖，排在自己后面的人就會被zookeeper給通知，一旦被通知了之后，就ok了，自己就獲取到了鎖，就可以執行代碼了

}  

 

 

 

 

另一個版本：

 

　　zk分布式鎖，就是某個節點嘗試創建臨時znode，此時創建成功了就獲取了這個鎖；這個時候別的客戶端來創建鎖會失敗，只能注冊個監聽器監聽這個鎖。

　　釋放鎖就是刪除這個znode，一旦釋放掉就會通知客戶端，然后有一個等待着的客戶端就可以再次重新加鎖。

 

 

 

　　redis分布式鎖，其實需要自己不斷去嘗試獲取鎖，比較消耗性能

 

　　zk分布式鎖，獲取不到鎖，注冊個監聽器即可，不需要不斷主動嘗試獲取鎖，性能開銷較小

 

　　另外一點就是，如果是redis獲取鎖的那個客戶端bug了或者掛了，那么只能等待超時時間之后才能釋放鎖；而zk的話，因為創建的是臨時znode，只要客戶端掛了，znode就沒了，此時就自動釋放鎖