Mysql系列的目標是：通過這個系列從入門到全面掌握一個高級開發所需要的全部技能。
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這是Mysql系列第26篇。
本篇我們使用mysql實現一個分布式鎖。
分布式鎖的功能
- 分布式鎖使用者位於不同的機器中，鎖獲取成功之后，才可以對共享資源進行操作
- 鎖具有重入的功能：即一個使用者可以多次獲取某個鎖
- 獲取鎖有超時的功能：即在指定的時間內去嘗試獲取鎖，超過了超時時間，如果還未獲取成功，則返回獲取失敗
- 能夠自動容錯，比如：A機器獲取鎖lock1之后，在釋放鎖lock1之前，A機器掛了，導致鎖lock1未釋放，結果會lock1一直被A機器占有着，遇到這種情況時，分布式鎖要能夠自動解決，可以這么做：持有鎖的時候可以加個持有超時時間，超過了這個時間還未釋放的，其他機器將有機會獲取鎖
預備技能：樂觀鎖
通常我們修改表中一條數據過程如下：
t1：select獲取記錄R1
t2：對R1進行編輯
t3：update R1
我們來看一下上面的過程存在的問題：
如果A、B兩個線程同時執行到t1，他們倆看到的R1的數據一樣，然后都對R1進行編輯，然后去執行t3，最終2個線程都會更新成功，后面一個線程會把前面一個線程update的結果給覆蓋掉，這就是並發修改數據存在的問題。
我們可以在表中新增一個版本號，每次更新數據時候將版本號作為條件，並且每次更新時候版本號+1，過程優化一下，如下：
t1：打開事務start transaction
t2：select獲取記錄R1,聲明變量v=R1.version
t3：對R1進行編輯
t4：執行更新操作
update R1 set version = version + 1 where user_id=#user_id# and version = #v#;
t5：t4中的update會返回影響的行數，我們將其記錄在count中，然后根據count來判斷提交還是回滾
if(count==1){
//提交事務
commit;
}else{
//回滾事務
rollback;
}
上面重點在於步驟t4，當多個線程同時執行到t1，他們看到的R1是一樣的，但是當他們執行到t4的時候，數據庫會對update的這行記錄加鎖，確保並發情況下排隊執行，所以只有第一個的update會返回1，其他的update結果會返回0，然后后面會判斷count是否為1，進而對事務進行提交或者回滾。可以通過count的值知道修改數據是否成功了。
上面這種方式就樂觀鎖。我們可以通過樂觀鎖的方式確保數據並發修改過程中的正確性。
使用mysql實現分布式鎖
建表
我們創建一個分布式鎖表，如下
DROP DATABASE IF EXISTS javacode2018;
CREATE DATABASE javacode2018;
USE javacode2018;
DROP TABLE IF EXISTS t_lock;
create table t_lock(
lock_key varchar(32) PRIMARY KEY NOT NULL COMMENT '鎖唯一標志',
request_id varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用來標識請求對象的',
lock_count INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '當前上鎖次數',
timeout BIGINT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '鎖超時時間',
version INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '版本號，每次更新+1'
)COMMENT '鎖信息表';
分布式鎖工具類：
package com.itsoku.sql;
import lombok.Builder;
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.sql.*;
import java.util.Objects;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
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*/
@Slf4j
public class LockUtils {
//將requestid保存在該變量中
static ThreadLocal<String> requestIdTL = new ThreadLocal<>();
/**
* 獲取當前線程requestid
*
* @return
*/
public static String getRequestId() {
String requestId = requestIdTL.get();
if (requestId == null || "".equals(requestId)) {
requestId = UUID.randomUUID().toString();
requestIdTL.set(requestId);
}
log.info("requestId:{}", requestId);
return requestId;
}
/**
* 獲取鎖
*
* @param lock_key 鎖key
* @param locktimeout(毫秒) 持有鎖的有效時間，防止死鎖
* @param gettimeout(毫秒) 獲取鎖的超時時間，這個時間內獲取不到將重試
* @return
*/
public static boolean lock(String lock_key, long locktimeout, int gettimeout) throws Exception {
log.info("start");
boolean lockResult = false;
String request_id = getRequestId();
long starttime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key);
if (Objects.isNull(lockModel)) {
//插入一條記錄,重新嘗試獲取鎖
LockUtils.insert(LockModel.builder().lock_key(lock_key).request_id("").lock_count(0).timeout(0L).version(0).build());
} else {
String reqid = lockModel.getRequest_id();
//如果reqid為空字符，表示鎖未被占用
if ("".equals(reqid)) {
lockModel.setRequest_id(request_id);
lockModel.setLock_count(1);
lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout);
if (LockUtils.update(lockModel) == 1) {
lockResult = true;
break;
}
} else if (request_id.equals(reqid)) {
//如果request_id和表中request_id一樣表示鎖被當前線程持有者，此時需要加重入鎖
lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout);
lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() + 1);
if (LockUtils.update(lockModel) == 1) {
lockResult = true;
break;
}
} else {
//鎖不是自己的，並且已經超時了，則重置鎖，繼續重試
if (lockModel.getTimeout() < System.currentTimeMillis()) {
LockUtils.resetLock(lockModel);
} else {
//如果未超時，休眠100毫秒，繼續重試
if (starttime + gettimeout > System.currentTimeMillis()) {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
} else {
break;
}
}
}
}
}
log.info("end");
return lockResult;
}
/**
* 釋放鎖
*
* @param lock_key
* @throws Exception
*/
public static void unlock(String lock_key) throws Exception {
//獲取當前線程requestId
String requestId = getRequestId();
LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key);
//當前線程requestId和庫中request_id一致 && lock_count>0，表示可以釋放鎖
if (Objects.nonNull(lockModel) && requestId.equals(lockModel.getRequest_id()) && lockModel.getLock_count() > 0) {
if (lockModel.getLock_count() == 1) {
//重置鎖
resetLock(lockModel);
} else {
lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() - 1);
LockUtils.update(lockModel);
}
}
}
/**
* 重置鎖
*
* @param lockModel
* @return
* @throws Exception
*/
public static int resetLock(LockModel lockModel) throws Exception {
lockModel.setRequest_id("");
lockModel.setLock_count(0);
lockModel.setTimeout(0L);
return LockUtils.update(lockModel);
}
/**
* 更新lockModel信息，內部采用樂觀鎖來更新
*
* @param lockModel
* @return
* @throws Exception
*/
public static int update(LockModel lockModel) throws Exception {
return exec(conn -> {
String sql = "UPDATE t_lock SET request_id = ?,lock_count = ?,timeout = ?,version = version + 1 WHERE lock_key = ? AND version = ?";
PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);
int colIndex = 1;
ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id());
ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count());
ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout());
ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key());
ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion());
return ps.executeUpdate();
});
}
public static LockModel get(String lock_key) throws Exception {
return exec(conn -> {
String sql = "select * from t_lock t WHERE t.lock_key=?";
PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);
int colIndex = 1;
ps.setString(colIndex++, lock_key);
ResultSet rs = ps.executeQuery();
if (rs.next()) {
return LockModel.builder().
lock_key(lock_key).
request_id(rs.getString("request_id")).
lock_count(rs.getInt("lock_count")).
timeout(rs.getLong("timeout")).
version(rs.getInt("version")).build();
}
return null;
});
}
public static int insert(LockModel lockModel) throws Exception {
return exec(conn -> {
String sql = "insert into t_lock (lock_key, request_id, lock_count, timeout, version) VALUES (?,?,?,?,?)";
PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);
int colIndex = 1;
ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key());
ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id());
ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count());
ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout());
ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion());
return ps.executeUpdate();
});
}
public static <T> T exec(SqlExec<T> sqlExec) throws Exception {
Connection conn = getConn();
try {
return sqlExec.exec(conn);
} finally {
closeConn(conn);
}
}
@FunctionalInterface
public interface SqlExec<T> {
T exec(Connection conn) throws Exception;
}
@Getter
@Setter
@Builder
public static class LockModel {
private String lock_key;
private String request_id;
private Integer lock_count;
private Long timeout;
private Integer version;
}
private static final String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/javacode2018?useSSL=false"; //數據庫地址
private static final String username = "root"; //數據庫用戶名
private static final String password = "root123"; //數據庫密碼
private static final String driver = "com.mysql.jdbc.Driver"; //mysql驅動
/**
* 連接數據庫
*
* @return
*/
public static Connection getConn() {
Connection conn = null;
try {
Class.forName(driver); //加載數據庫驅動
try {
conn = DriverManager.getConnection(url, username, password); //連接數據庫
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return conn;
}
/**
* 關閉數據庫鏈接
*
* @return
*/
public static void closeConn(Connection conn) {
if (conn != null) {
try {
conn.close(); //關閉數據庫鏈接
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
上面代碼中實現了文章開頭列的分布式鎖的所有功能，大家可以認真研究下獲取鎖的方法：
lock，釋放鎖的方法：unlock。
測試用例
package com.itsoku.sql;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import static com.itsoku.sql.LockUtils.lock;
import static com.itsoku.sql.LockUtils.unlock;
/**
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*/
@Slf4j
public class LockUtilsTest {
//測試重復獲取和重復釋放
@Test
public void test1() throws Exception {
String lock_key = "key1";
for (int i = 0; i < 10; i++) {
lock(lock_key, 10000L, 1000);
}
for (int i = 0; i < 9; i++) {
unlock(lock_key);
}
}
//獲取之后不釋放，超時之后被thread1獲取
@Test
public void test2() throws Exception {
String lock_key = "key2";
lock(lock_key, 5000L, 1000);
Thread thread1 = new Thread(() -> {
try {
try {
lock(lock_key, 5000L, 7000);
} finally {
unlock(lock_key);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread1.setName("thread1");
thread1.start();
thread1.join();
}
}
test1方法測試了重入鎖的效果。
test2測試了主線程獲取鎖之后一直未釋放，持有鎖超時之后被thread1獲取到了。
留給大家一個問題
上面分布式鎖還需要考慮一個問題：比如A機會獲取了key1的鎖，並設置持有鎖的超時時間為10秒，但是獲取鎖之后，執行了一段業務操作，業務操作耗時超過10秒了，此時機器B去獲取鎖時可以獲取成功的，此時會導致A、B兩個機器都獲取鎖成功了，都在執行業務操作，這種情況應該怎么處理？大家可以思考一下然后留言，我們一起討論一下。
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