分布式锁的几种实现方式

为什么需要分布式锁?

大多数互联网系统都是分布式部署的,分布式部署确实能带来性能和效率上的提升,但同时我们就需要多解决一个分布式环境下,数据一致性的问题。当某个资源在多系统之间,具有共享性的时候,为了保证大家访问这个资源数据是一致的,那么就必须要求在同一时刻只能被一个客户端处理,不能并发的执行,否者就会出现同一时刻有人写有人读,大家访问到的数据就不一致了。
在单机时代,虽然不需要分布式锁,但也面临过类似的问题,只不过在单机的情况下,如果有多个线程要同时访问某个共享资源的时候,我们可以采用线程间加锁的机制,即当某个线程获取到这个资源后,就立即对这个资源进行加锁,当使用完资源之后,再解锁,其它线程就可以接着使用了。例如,在JAVA中,甚至专门提供了一些处理锁机制的一些API(synchronize/Lock等)。
但是到了分布式系统的时代,这种线程之间的锁机制,就没作用了,系统可能会有多份并且部署在不同的机器上,这些资源已经不是在线程之间共享了,而是属于进程之间共享的资源。
因此,为了解决这个问题,我们就必须引入分布式锁。
分布式锁,是指在分布式的部署环境下,通过锁机制来让多客户端互斥的对共享资源进行访问。

分布式锁要满足哪些要求?

排他性
在同一时间只会有一个客户端能获取到锁,其它客户端无法同时获取。
避免死锁
这把锁在一段有限的时间之后,一定会被释放(正常释放或异常释放)。
高可用
获取或释放锁的机制必须高可用且性能佳。

分布式锁的实现方式有哪些?

目前主流的有三种,从实现的复杂度上来看,从上往下难度依次增加:
基于数据库实现<基于Redis实现<基于ZooKeeper实现

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

基于数据库的乐观锁实现
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。
基于数据库的悲观锁实现
悲观锁也叫作排它锁,在Mysql中是基于 for update 来实现加锁的。通过 for update 操作,数据库在查询的时候就会给正在查询的记录加上排它锁。
当某条记录加上排它锁之后,其它线程是无法操作这条记录的。
如此,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,再释放锁即可。

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 MX 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。
由于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。

基于ZooKeeper实现

基于ZooKeeper,就是使用它的临时有序节点来实现的分布式锁。
其原理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。

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