分布式问题分析(四)分布式锁

Java 提供了两种内置的锁的实现,一种是由 JVM 实现的 synchronized 和 JDK 提供的 Lock,对于单机单进程应用,可以使用它们来实现锁。当应用涉及到多机、多进程共同完成时,那么这时候就需要一个全局锁来实现多个进程之间的同步。

使用场景

在服务器端使用分布式部署的情况下,一个服务可能分布在不同的节点上,比如订单服务分布在节点 A 和节点 B 上。如果多个客户端同时对一个服务进行请求时,就需要使用分布式锁。例如一个服务可以使用 APP 端或者 Web 端进行访问,如果一个用户同时使用 APP 端和 Web 端访问该服务,并且 APP 端的请求路由到了节点 A,WEB 端的请求被路由到了节点 B,这时候就需要使用分布式锁来进行同步。

实现方式

1. 数据库分布式锁

(一)基于 MySQL 锁表

该实现完全依靠数据库的唯一索引。当想要获得锁时,就向数据库中插入一条记录,释放锁时就删除这条记录。如果记录具有唯一索引,就不会同时插入同一条记录。

这种方式存在以下几个问题:

1. 锁没有失效时间,解锁失败会导致死锁,其他线程无法再获得锁。
2. 只能是非阻塞锁,插入失败直接就报错了,无法重试。
3. 不可重入,同一线程在没有释放锁之前无法再获得锁。

(二)采用乐观锁增加版本号

根据版本号来判断更新之前有没有其他线程更新过,如果被更新过,则获取锁失败。

2. Redis 分布式锁

(一)基于 SETNX、EXPIRE

使用 SETNX(set if not exist)命令插入一个键值对时,如果 Key 已经存在,那么会返回 False,否则插入成功并返回 True。因此客户端在尝试获得锁时,先使用 SETNX 向 Redis 中插入一个记录,如果返回 True 表示获得锁,返回 False 表示已经有客户端占用锁。

EXPIRE 可以为一个键值对设置一个过期时间,从而避免了死锁的发生。

(二)RedLock 算法

RedLock 算法使用了多个 Redis 实例来实现分布式锁,这是为了保证在发生单点故障时还可用。

1. 尝试从 N 个相互独立 Redis 实例获取锁,如果一个实例不可用,应该尽快尝试下一个。
2. 计算获取锁消耗的时间,只有当这个时间小于锁的过期时间,并且从大多数(N/2+1)实例上获取了锁,那么就认为锁获取成功了。
3. 如果锁获取失败,会到每个实例上释放锁。

3. Zookeeper 分布式锁

Zookeeper 是一个为分布式应用提供一致性服务的软件,例如配置管理、分布式协同以及命名的中心化等,这些都是分布式系统中非常底层而且是必不可少的基本功能,但是如果自己实现这些功能而且要达到高吞吐、低延迟同时还要保持一致性和可用性,实际上非常困难。

(一)抽象模型

Zookeeper 提供了一种树形结构级的命名空间,/app1/p_1 节点表示它的父节点为 /app1。

(二)节点类型

– 永久节点:不会因为会话结束或者超时而消失;
– 临时节点:如果会话结束或者超时就会消失;
– 有序节点:会在节点名的后面加一个数字后缀,并且是有序的,例如生成的有序节点为 /lock/node-0000000000,它的下一个有序节点则为 /lock/node-0000000001,依次类推。

(三)监听器

为一个节点注册监听器,在节点状态发生改变时,会给客户端发送消息。

(四)分布式锁实现

1. 创建一个锁目录 /lock。
1. 在 /lock 下创建临时的且有序的子节点,第一个客户端对应的子节点为 /lock/lock-0000000000,第二个为 /lock/lock-0000000001,以此类推。
2. 客户端获取 /lock 下的子节点列表,判断自己创建的子节点是否为当前子节点列表中序号最小的子节点,如果是则认为获得锁,否则监听自己的前一个子节点,获得子节点的变更通知后重复此步骤直至获得锁;
3. 执行业务代码,完成后,删除对应的子节点。

(五)会话超时

如果一个已经获得锁的会话超时了,因为创建的是临时节点,因此该会话对应的临时节点会被删除,其它会话就可以获得锁了。可以看到,Zookeeper 分布式锁不会出现数据库分布式锁的死锁问题。

(六)羊群效应

在步骤二,一个节点未获得锁,需要监听监听自己的前一个子节点,这是因为如果监听所有的子节点,那么任意一个子节点状态改变,其它所有子节点都会收到通知(羊群效应),而我们只希望它的后一个子节点收到通知。

本站所有文章均由网友分享,仅用于参考学习用,请勿直接转载,如有侵权,请联系网站客服删除相关文章。若由于商用引起版权纠纷,一切责任均由使用者承担
极客文库 » 分布式问题分析(四)分布式锁

Leave a Reply

欢迎加入「极客文库」,成为原创作者从这里开始!

立即加入 了解更多