系統的不斷擴大，分布式鎖是最基本的保障。與單機的多線程不一樣的是，分布式跨多個機器。線程的共享變量無法跨機器。
為了保證一個在高並發存場景下只能被同一個線程操作，java並發處理提供ReentrantLock或Synchronized進行互斥控制。但是這僅僅對單機環境有效。我們實現分布式鎖大概通過三種方式。
- redis實現分布式鎖
- 數據庫實現分布式鎖
- zk實現分布式鎖
今天我們介紹通過redis實現分布式鎖。實際上這三種和java對比看屬於一類。都是屬於程序外部鎖。
原理剖析
- 上述三種分布式鎖都是通過各自為依據對各個請求進行上鎖，解鎖從而控制放行還是拒絕。redis鎖是基於其提供的setnx命令。
- setnx當且僅當key不存在。若給定key已經存在，則setnx不做任何動作。setnx是一個原子性操作。
- 和數據庫分布式相比，因為redis內存輕量。所以redis分布式鎖性能更好
實現
- 原理很簡單。結合springboot項目我們實現一套通過注解形式對接口進行庫存上鎖案例進行理解
編寫注解
- 我們編寫注解。方便我們在接口上添加注解提供攔截信息
/**
* @author 張新華
*/
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface StockLock {
/**
* @author zxhtom
* @Description 鎖key的前綴
* @Date 15:25 2020年03月25日, 0025
* @Param []
* @return java.lang.String
*/
String prefix() default "";
/**
* @author zxhtom
* @Description key的分隔符
* @Date 15:27 2020年03月25日, 0025
* @Param []
* @return java.lang.String
*/
String delimiter() default ":";
}
/**
* @author 張新華
*/
@Target({ElementType.PARAMETER , ElementType.METHOD , ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface StockParam {
/**
* @author zxhtom
* @Description 組成key
* @Date 11:11 2020年03月26日, 0026
* @Param []
* @return java.lang.String[]
*/
String[] names() default {""};
}
攔截器攔截
- redis分布式鎖實現的關鍵就是攔截器的編寫。上面的注解只是為了實現攔截的一個輔助。
@Around("execution(public * *(..)) && @annotation(com.ay.framework.order.redis.product.StockLock)")
- 通過springboot的Around進行針對StockLock注解的攔截。通過攔截我們可以獲取到攔截的方法、參數、及需要的鎖的參數。
- 我們獲取到需要鎖的名稱這里叫做【a】之后通過redis的原子性操作對該key進行遞減操作。
- 為了方便我們在削減庫存的時候可以對庫存進行更新操作。我們在遞減庫存前還需要借助於另一把鎖。 這一把鎖我們叫做【a_key】
- 換句話說我們接口想訪問就必須獲取【a】鎖，拿到【a】鎖需要減少庫存。減少庫存之前需要獲取【a_key】鎖。
- 拿到鎖之后處理完邏輯之后我們需要釋放對應鎖。
RedisAtomicLong entityIdCounter = new RedisAtomicLong(lockKey, redisTemplate.getConnectionFactory());
if (redisTemplate.hasKey(CoreConstants.UPDATEPRODUCTREDISLOCKKEY + lockKey)) {
//表示lockKey的庫存信息有變動。此時無法進行交易
throw new BusinessException("庫存變動。暫無法交易");
}
Long increment = entityIdCounter.decrementAndGet();
if (increment >= 0) {
try {
Object proceed = pjp.proceed();
} catch (Throwable throwable) {
//所占資源需要釋放回資源池
while (!redisLock.tryGetLock(CoreConstants.UPDATEPRODUCTREDISLOCKKEY + lockKey, "")) {
}
//表示lockKey的庫存信息有變動。此時無法進行交易
long l = entityIdCounter.incrementAndGet();
if (l < 1) {
redisTemplate.opsForValue().set(lockKey,1);
}
redisLock.unLock(CoreConstants.UPDATEPRODUCTREDISLOCKKEY + lockKey);
throwable.printStackTrace();
}
} else {
redisTemplate.opsForValue().set(lockKey,0);
throw new BusinessException("庫存不足！無法操作");
}
- 因為我們上鎖就需要釋放鎖。但是程序在中途處理業務是發生異常導致沒有走到釋放鎖的步驟。這個時候就導致我們的分布式鎖一直被鎖。俗稱【死鎖】。為了避免這種場景的發生。我們常常在上鎖的時候給一個有效期。有效期已過自動釋放鎖。這個特性恰好和redis的過期策略不摩爾和。
上述提及工具
RedisLock
public Boolean tryGetLock(String key , String value) {
return tryGetLock(key, value, -1, TimeUnit.DAYS);
}
public Boolean tryGetLock(String key , String value, Integer expire) {
return tryGetLock(key, value, expire, TimeUnit.SECONDS);
}
public Boolean tryGetLock(String key , String value, Integer expire , TimeUnit timeUnit) {
ValueOperations operations = redisTemplate.opsForValue();
if (operations.setIfAbsent(key, value)) {
//說明 redis沒有該key , 換言之 加鎖成功 設置過期時間防止死鎖
if (expire > 0) {
redisTemplate.expire(key, expire, timeUnit);
}
return true;
}
return false;
}
public Boolean unLock(String key) {
return redisTemplate.delete(key);
}
StockKeyGenerator
@Component()
@Primary
public class StockKeyGenerator implements CacheKeyGenerator {
@Override
public String getLockKey(ProceedingJoinPoint pjp) {
//獲取方法簽名
MethodSignature signature = (MethodSignature) pjp.getSignature();
Method method = signature.getMethod();
//獲取方法cacheLock注解
StockLock stockLock = method.getAnnotation(StockLock.class);
//獲取方法參數
Object[] args = pjp.getArgs();
Parameter[] parameters = method.getParameters();
StringBuilder builder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < parameters.length; i++) {
StockParam stockParam = parameters[i].getAnnotation(StockParam.class);
Object arg = args[i];
if (arg instanceof Map) {
Map<String, Object> temArgMap = (Map<String, Object>) arg;
String[] names = stockParam.names();
for (String name : names) {
if (builder.length() > 0) {
builder.append(stockLock.delimiter());
}
builder.append(temArgMap.get(name));
}
}
}
return builder.toString();
}
}
問題分析
- 上面分析了一個死鎖的場景，理論上出了死鎖我們redis分布鎖很好的解決了分布式問題。但是還是會出現問題。下面列舉寫小編遇到的問題。
業務處理時間>上鎖過期時間
- a線程獲取到鎖，開始進行業務處理需要8S，
- 在8S內，鎖的有效期是5S，在鎖過期后也就是第6S ， b線程進入開始獲取鎖這個時候b是可以獲取到新鎖的。這個時候就是有問題的。
- 假設b線程業務處理只需要3S ， 但是因為a線程釋放了鎖，所以在第8S的時候雖然b線程沒有釋放鎖，b的鎖也沒有過期但是這時候也沒有了鎖。從而導致C線程也可以進入