3篇關於分布式鎖的文章，可以結合看：
consul實現分布式鎖：https://www.cnblogs.com/jiujuan/p/10527786.html
redis實現分布式鎖：https://www.cnblogs.com/jiujuan/p/10595838.html
etcd實現分布式鎖：https://www.cnblogs.com/jiujuan/p/12147809.html
分布式鎖簡介
在單機情況下，鎖的環境比較簡單，因為都是在單機的環境里。
而在分布式情況下，多機環境里。由原來的單機系統變成了分布式系統。分布式系統的多線程、多進程分布在不同的機器上，在加上網絡這個因素，要控制一個共享資源的使用就復雜得多。比如，網絡超時怎么辦？網絡不可用怎么辦？發生死鎖怎么辦？ 等等... ... 一系列問題。
在分布式情況下，需要設計一種分布式鎖，來解決這些問題。
分布式鎖問題和特性
設想一下，如果是你來設計一個分布式鎖，你會怎樣考慮？鎖應該具有哪些特性？獲取鎖過程中會出現什么問題？要解決哪些問題？
經過長時間google后，一般會出現下面這些主要問題：
死鎖：什么是死鎖？就是資源搶占的各方，彼此都在等待對方釋放資源，以便自己能獲取系統資源，但是沒有哪一方退出，這時候就死鎖了
驚群效應：多線程/多進程等待同一個socket事件，當這個事件發生時，這些線程/進程被同時喚醒，就是驚群
腦裂：當集群中出現 腦裂 的時候，往往會出現多個 master 的情況，這樣數據的一致性會無法得到保障，從而導致整個服務無法正常運行
下面這些特性的：
高可用：也就是可靠性。組成集群的分布式鎖系統，某一台機器鎖不能提供服務了，其他機器仍然可以提供鎖服務。
互斥性：就像單機系統的鎖特性一樣具有互斥性。不過分布式系統是由多個機器節點組成的。如果有一個節點獲取了鎖，其他節點必須等待鎖釋放或者鎖超時后，才可以去獲取鎖資源。
可重入：一個節點獲取了鎖之后，還可以再次獲取整個鎖資源。
高效和鎖超時：高效是指獲取和釋放鎖高效。 鎖超時，防止死鎖的發生。
公平鎖：節點依次獲取鎖資源。
etcd如何實現分布式鎖
etcd是怎么解決上面這些問題？它提供了哪些功能來解決上述的特性。
- 1.raft
raft，是工程上使用較為廣泛，強一致性、去中心化、高可用的分布式協議。
raft提供了分布式系統的可靠性功能。
讀者可以自行查閱raft相關的資料。比如這個 raft網站，它不僅介紹了raft算法，還在網站最下面提供了不同語言的raft實現。raft算法比paxos算法好理解一些。
- 2.lease功能
lease功能，就是租約機制(time to live)。
1、etcd可以對存儲key-value的數據設置租約，也就是給key-value設置一個過期時間，當租約到期，key-value將會失效而被etcd刪除。
2、etcd同時也支持續約租期，可以通過客戶端在租約到期之間續約，以避免key-value失效；
3、etcd還支持解約，一旦解約，與該租約綁定的key-value將會失效而刪除。
Lease 功能可以保證分布式鎖的安全性，為鎖對應的 key 配置租約，即使鎖的持有者因故障而不能主動釋放鎖，鎖也會因租約到期而自動釋放。
- 3.watch功能
監聽功能。watch 機制支持監聽某個固定的key，它也支持watch一個范圍（前綴機制），當被watch的key或范圍發生變化時，客戶端將收到通知。
在實現分布式鎖時，如果搶鎖失敗，可通過 Prefix 機制返回的 KeyValue 列表獲得 Revision 比自己小且相差最小的 key（稱為 pre-key），對 pre-key 進行監聽，因為只有它釋放鎖，自己才能獲得鎖，如果 Watch 到 pre-key 的 DELETE 事件，則說明pre-ke已經釋放，自己已經持有鎖。
- 4.prefix功能
前綴機制。也稱目錄機制，如兩個 key 命名如下：key1=“/mykey/key1″ , key2=”/mykey/key2″，那么，可以通過前綴-“/mykey”查詢，返回包含兩個 key-value 對的列表。可以和前面的watch功能配合使用。
例如，一個名為 /mylock 的鎖，兩個爭搶它的客戶端進行寫操作，實際寫入的 key 分別為：key1=”/mylock/UUID1″，key2=”/mylock/UUID2″，其中，UUID 表示全局唯一的 ID，確保兩個 key 的唯一性。很顯然，寫操作都會成功，但返回的 Revision 不一樣，那么，如何判斷誰獲得了鎖呢？通過前綴 /mylock 查詢，返回包含兩個 key-value 對的的 KeyValue 列表，同時也包含它們的 Revision，通過 Revision 大小，客戶端可以判斷自己是否獲得鎖，如果搶鎖失敗，則等待鎖釋放（對應的 key 被刪除或者租約過期），然后再判斷自己是否可以獲得鎖。
lease 功能和 prefix功能，能解決上面的死鎖問題。
- 5.revision功能
每個 key 帶有一個 Revision 號，每進行一次事務加一，因此它是全局唯一的，如初始值為 0，進行一次 put(key, value)，key 的 Revision 變為 1；同樣的操作，再進行一次，Revision 變為 2；換成 key1 進行 put(key1, value) 操作，Revision 將變為 3。
這種機制有一個作用：
通過 Revision 的大小就可以知道進行寫操作的順序。在實現分布式鎖時，多個客戶端同時搶鎖，根據 Revision 號大小依次獲得鎖，可以避免 “羊群效應” （也稱 “驚群效應”），實現公平鎖。
etcd的V3版本分布式鎖分析
在etcd的v3的client里有一個concurrency的包，里面實現了分布式鎖。
源代碼在mutex.go
/clientv3/concurrency/session.go
type Session struct {
client *v3.Client
opts *sessionOptions
id v3.LeaseID
cancel context.CancelFunc
donec <-chan struct{}
}
/clientv3/concurrency/mutex.go 分布鎖實現分析
// Mutex implements the sync Locker interface with etcd
type Mutex struct {
s *Session //上面的Session struct
pfx string //前綴
myKey string //key
myRev int64 //Revision
hdr *pb.ResponseHeader
}
func NewMutex(s *Session, pfx string) *Mutex {
return &Mutex{s, pfx + "/", "", -1, nil}
}
// Lock locks the mutex with a cancelable context. If the context is canceled
// while trying to acquire the lock, the mutex tries to clean its stale lock entry.
func (m *Mutex) Lock(ctx context.Context) error {
s := m.s //上面的Session struct
client := m.s.Client()
//m.pfx是前綴，比如"myresource/lock/"
//s.Lease()是一個64位的整數值，etcd v3引入了lease（租約）的概念，concurrency包基於lease封裝了session，
//每一個客戶端都有自己的lease，也就是說每個客戶端都有一個唯一的64位整形值
//m.myKey類似於"myresource/lock/12345"
m.myKey = fmt.Sprintf("%s%x", m.pfx, s.Lease())
//etcdv3新引入的多鍵條件事務，替代了v2中Compare-And-put操作。
//etcdv3的多鍵條件事務的語意是先做一個比較（compare）操作，
//如果比較成立則執行一系列操作，如果比較不成立則執行另外一系列操作。
//接下來的這部分實現了如果不存在這個key，則將這個key寫入到etcd，如果存在則讀取這個key的值這樣的功能。
//下面這一句，是構建了一個compare的條件，比較的是key的createRevision（createRevision是表示這個key創建時被分配的這個序號。
//當key不存在時，createRevision是0。），如果revision是0，則存入一個key，如果revision不為0，則讀取這個key。
//revision是etcd一個全局的序列號,全局唯一且遞增，每一個對etcd存儲進行改動都會分配一個這個序號，在v2中叫index
cmp := v3.Compare(v3.CreateRevision(m.myKey), "=", 0) //cmp 比較Revision, 當key不存在時，createRevision是0。
// put self in lock waiters via myKey; oldest waiter holds lock
put := v3.OpPut(m.myKey, "", v3.WithLease(s.Lease()))
// reuse key in case this session already holds the lock
get := v3.OpGet(m.myKey)
// 如果revision為0，則存入，否則獲取
resp, err := client.Txn(ctx).If(cmp).Then(put).Else(get).Commit()
if err != nil {
return err
}
// 本次操作的revision
m.myRev = resp.Header.Revision
// 操作失敗，則獲取else返回的值，即已有的revision
if !resp.Succeeded {
m.myRev = resp.Responses[0].GetResponseRange().Kvs[0].CreateRevision
}
ownerKey := resp.Responses[1].GetResponseRange().Kvs
if len(ownerKey) == 0 || ownerKey[0].CreateRevision == myRev {
m.hdr = resp.Header
return nil
//成功獲取鎖
}
//如果上面的code操作成功了，則myRev是當前客戶端創建的key的revision值。
//waitDeletes等待匹配m.pfx （"/myresource/lock/"）這個前綴（可類比在這個目錄下的）並且createRivision小於m.myRev-1所有key被刪除
//如果沒有比當前客戶端創建的key的revision小的key，則當前客戶端者獲得鎖
//如果有比它小的key則等待，比它小的被刪除
hdr, werr = waitDeletes(ctx, client, m.pfx, m.myRev-1)
// release lock key if wait failed
if werr != nil {
m.Unlock(client.Ctx())
} else {
m.hdr = hdr
}
return werr
}