深入理解分布式锁:从原理到实践

1. 为何要使用分布式锁

在分布式系统中,多个服务实例可能同时访问共享资源,传统的本地锁失效。分布式锁应运而生,解决以下关键问题:

  • 并发资源访问控制
  • 防止数据不一致
  • 避免重复操作
  • 保证业务原子性

典型场景:

  • 订单生成
  • 库存扣减
  • 秒杀系统
  • 分布式任务调度

2. 分布式锁的几种实现方式

2.1 数据库实现

-- 悲观锁
SELECT * FROM table WHERE id = ? FOR UPDATE

优点:简单直接
缺点:性能低,数据库压力大

2.2 ZooKeeper实现

// 创建临时顺序节点
create -e -s /lock path

优点:可靠性高
缺点:依赖ZooKeeper集群

2.3 Redis实现

--加锁
SET key value NX PX 30000

优点:性能高
缺点:需要自己实现续期机制

3. 为什么总选择Redis?

  • 性能优势
  • 内存操作,毫秒级响应
  • 原子操作命令
  • 支持集群和高可用
  • 实现简单

4. Redisson的优越性

既然是redis,那么开箱即用,便是大家所需,redission应运而生

  • 功能全面
  • 自动续期
  • 可重入锁
  • 公平锁
    代码示例
RLock lock = redissonClient.getLock("myLock");
lock.lock();
try {
    // 业务逻辑
} finally {
    lock.unlock();
}

5. Redisson看门狗失效及解决

redission虽然有看门狗续命机制,但也不能做到万无一失

5.1 失效场景

  • 有垃圾收集器( GC ),有时运行期间会暂停所有正在运行的线程。这些GC暂停甚至有时会持续数分钟 !即使像HotSpot JVM CMS所谓的“并发”垃圾收集器也不能完全与应用代码并行运行,需要时时地停止活动的线程。通过改变分配模式或调整GC某些参数可 减少暂停,但是我们还是要防范最差情况以提供可靠的保证。

  • 当操作系统执行线程上下文切换时,或者虚拟机管理程序切换到 个虚机时
    正在运行的线程可能会在代码的任意位置被暂停。在虚拟机环境中,这种被其
    虚拟机中断的 PU时间称为窃取时间 。如果机器负载很高( 等待运行的钱程很
    长),被暂停的线程可能需要 段时间之后才能再次运行。

  • 如果操作系统配置了基于磁盘的内存交换分区,内存访问可能触发缺页中断,进
    而需要从磁盘中加载内存页。 I/O 进行时(通常比较慢)线程为暂停。如果内存
    使用压力很大,还可能迫使更多的页面换出到磁盘 极端的情况下,操作系统可
    会花费大量时间在页面换入换出上,而实际工作完成很少(所谓的颠簸’)。为
    了避免 问题,通常在服务器上禁用分页,宁愿杀死一些进程来释放内 而不
    是反复抖动。
    总之,当节点1拿到锁在执行时,如果看门狗未来的及续命,被暂停了,而redis锁过期了,节点2就有可能拿到锁,然后节点1复活继续执行,就会造成并发问题

5.2解决方案

5.2.1 显式设置超时

// 增加锁的超时时间
RLock lock = redissonClient.getLock("your_lock");
lock.lock(60, TimeUnit.SECONDS);  // 显式设置较长超时

5.2.2 业务幂等设计

  • 唯一请求ID
  • 状态机
  • 补偿机制

5.2.3 JVM参数调优

调整JVM GC策略
优化Full GC频率和时间
使用G1或ZGC替代
增加锁的容错机制

# 调整内存大小
-Xms4g -Xmx4g  # 初始和最大堆内存一致
-XX:MaxMetaspaceSize=256m  # 限制元空间大小

# 垃圾回收器选择
-XX:+UseG1GC  # 推荐G1收集器
-XX:MaxGCPauseMillis=200  # 控制最大GC停顿时间

# 减少Full GC频率
-XX:+DisableExplicitGC  # 禁止显式调用System.gc()

结语
分布式锁是分布式系统中的利器,选择合适的方案和框架至关重要。Redisson提供了强大且易用的分布式锁解决方案,但仍需谨慎设计和使用。

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