分布式锁入门

目前主流的有三种:

  • 基于数据库实现

  • 基于Redis实现

  • 基于ZooKeeper实现

1. 基于数据库实现:

基于数据库来做分布式锁的话,通常有两种做法:

  • 基于数据库的乐观锁

  • 基于数据库的悲观锁

我们先来看一下如何基于「乐观锁」来实现:

乐观锁机制其实就是在数据库表中引入一个版本号(version)字段来实现的。

当我们要从数据库中读取数据的时候,同时把这个version字段也读出来,如果要对读出来的数据进行更新后写回数据库,则需要将version加1,同时将新的数据与新的version更新到数据表中,且必须在更新的时候同时检查目前数据库里version值是不是之前的那个version,如果是,则正常更新。如果不是,则更新失败,说明在这个过程中有其它的进程去更新过数据了。

下面找图举例:

image

(图片来源网络)

如图,假设同一个账户,用户A和用户B都要去进行取款操作,账户的原始余额是2000,用户A要去取1500,用户B要去取1000,如果没有锁机制的话,在并发的情况下,可能会出现余额同时被扣1500和1000,导致最终余额的不正确甚至是负数。但如果这里用到乐观锁机制,当两个用户去数据库中读取余额的时候,除了读取到2000余额以外,还读取了当前的版本号version=1,等用户A或用户B去修改数据库余额的时候,无论谁先操作,都会将版本号加1,即version=2,那么另外一个用户去更新的时候就发现版本号不对,已经变成2了,不是当初读出来时候的1,那么本次更新失败,就得重新去读取最新的数据库余额。

通过上面这个例子可以看出来,使用「乐观锁」机制,必须得满足:

(1)锁服务要有递增的版本号version
(2)每次更新数据的时候都必须先判断版本号对不对,然后再写入新的版本号

我们再来看一下如何基于「悲观锁」来实现:

悲观锁也叫作排它锁,在Mysql中是基于 for update 来实现加锁的,例如:

//锁定的方法-伪代码
public boolean lock(){    
 connection.setAutoCommit(false)    for(){        
  result = select * from user where  id = 100 for update;
  if(result){ 
   //结果不为空
   //则说明获取到了锁
   return true;
  } 
  //没有获取到锁,继续获取
  sleep(1000);
 }
 return false;
}
//释放锁-伪代码
connection.commit();

上面的示例中,user表中,id是主键,通过 for update 操作,数据库在查询的时候就会给这条记录加上排它锁。

(需要注意的是,在InnoDB中只有字段加了索引的,才会是行级锁,否者是表级锁,所以这个id字段要加索引)

当这条记录加上排它锁之后,其它线程是无法操作这条记录的。

那么,这样的话,我们就可以认为获得了排它锁的这个线程是拥有了分布式锁,然后就可以执行我们想要做的业务逻辑,当逻辑完成之后,再调用上述释放锁的语句即可。

2. 基于Redis实现

基于Redis实现的锁机制,主要是依赖redis自身的原子操作,例如:

SET user_key user_value NX PX 100

redis从2.6.12版本开始,SET命令才支持这些参数:

NX:只在在键不存在时,才对键进行设置操作,SET key value NX 效果等同于 SETNX key value

PX millisecond:设置键的过期时间为millisecond毫秒,当超过这个时间后,设置的键会自动失效

上述代码示例是指:

当redis中不存在user_key这个键的时候,才会去设置一个user_key键,并且给这个键的值设置为 user_value,且这个键的存活时间为100ms

为什么这个命令可以帮我们实现锁机制呢?

因为这个命令是只有在某个key不存在的时候,才会执行成功。那么当多个进程同时并发的去设置同一个key的时候,就永远只会有一个进程成功。

当某个进程设置成功之后,就可以去执行业务逻辑了,等业务逻辑执行完毕之后,再去进行解锁。

解锁很简单,只需要删除这个key就可以了,不过删除之前需要判断,这个key对应的value是当初自己设置的那个。

另外,针对redis集群模式的分布式锁,可以采用redis的Redlock机制。

3. 基于ZooKeeper实现

其实基于ZooKeeper,就是使用它的临时有序节点来实现的分布式锁。

原理就是:当某客户端要进行逻辑的加锁时,就在zookeeper上的某个指定节点的目录下,去生成一个唯一的临时有序节点, 然后判断自己是否是这些有序节点中序号最小的一个,如果是,则算是获取了锁。如果不是,则说明没有获取到锁,那么就需要在序列中找到比自己小的那个节点,并对其调用exist()方法,对其注册事件监听,当监听到这个节点被删除了,那就再去判断一次自己当初创建的节点是否变成了序列中最小的。如果是,则获取锁,如果不是,则重复上述步骤。

当释放锁的时候,只需将这个临时节点删除即可。

image

如图,locker是一个持久节点,node_1/node_2/…/node_n 就是上面说的临时节点,由客户端client去创建的。

client_1/client_2/…/clien_n 都是想去获取锁的客户端。
以client_1为例,它想去获取分布式锁,则需要跑到locker下面去创建临时节点(假如是node_1)
创建完毕后,看一下自己的节点序号是否是locker下面最小的,如果是,则获取了锁。
如果不是,则去找到比自己小的那个节点(假如是node_2),找到后,就监听node_2,直到node_2被删除,那么就开始再次判断自己的node_1是不是序列中最小的,
如果是,则获取锁,如果还不是,则继续找一下一个节点。

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