分布式锁的三种实现方式
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分布式锁的实现原理也是面试的一大考点,现就其进行总结如下:
1:为什么需要分布式锁?
首先我们应该先了解一下分布式锁的使用场景,然后再来理解为什么需要分布式锁。现我举两个例子来进行阐述:
应用场景:
1:银行转账问题(该场景不太好解释):A在上海,B在北京同时在建行转账给杭州C,A转账时,会修改C处服务器的表,B不能在此刻转账,同理,B转账时,A不能做处理,A,B的转账操作时同步,必须保证数据的一致性,这就需要分布式锁来进行处理。
2:取任务问题:某服务提供一组任务,A系统请求随机从任务组中获取一个任务;B系统请求随机从任务组中获取一个任务。 在理想的情况下,A从任务组中挑选一个任务,任务组删除该任务,B从剩下的的任务中再挑一个,任务组删除该任务。 同样的,在真实情况下,如果不做任何处理,可能会出现A和B挑中了同一个任务的情况。
2:为什么分布式系统中不能用普通锁呢?那么普通锁和分布式锁有什么区别呢?
普通锁:单一系统中,同一个应用程序是有同一个进程,然后多个线程并发会造成数据安全问题,他们是共享同一块内存的,所以在内存某个地方做标记即可满足需求,例如synchronized和volatile+cas一样对具体的代码做标记,对应的就是在同一块内存区域作了同步的标记。
分布式锁:分布式系统中,最大的区别就是不同系统中的应用程序都是在各自机器上不同的进程中处理的,这里的线程不安全可以理解为多进程造成的数据安全问题,他们不会共享同一台机器的同一块内存区域,因此需要将标记存储在所有进程都能看到的地方。例如zookeeper作分布式锁,就是将锁标记存储在多个进程共同看到的地方,redis作分布式锁,是将其标记公共内存,而不是某个进程分配的区域。
3:分布式锁的三种实现方式
注:用何种分布式锁以公司为主。
a:zookeeper实现分布式锁(用的最多)
实现方式:
方案1:利用节点名称的唯一性来实现共享锁。
算法思路: 利用名称唯一性,加锁操作时,只需要所有客户端一起创建/test/Lock节点,只有一个创建成功,成功者获得锁。解锁时,只需删除/test/Lock节点,其余客户端再次进入竞争创建节点,直到所有客户端都获得锁。
方案2:利用临时顺序节点实现共享锁。(主要是用这种方式实现)
算法思路:对于加锁操作,可以让所有客户端都去/lock目录下创建临时顺序节点,如果创建的客户端发现自身创建节点序列号是/lock/目录下最小的节点,则获得锁。否则,监视比自己创建节点的序列号小的节点(比自己创建的节点小的最大节点),进入等待。
比如创建节点:/lock/0000000001、/lock/0000000002、/lock/0000000003。则节点/lock/0000000001会先获得锁,因为zk上的节点是有序的,且都是最小的节点先获得锁。
注:临时顺序节点比持久顺序节点的好处是:当zookeeper宕机后,临时顺序节点会自动删除,获取锁的客户端会释放锁,不会一直造成锁等待,而持久节点会造成锁等待。
两种方式的区别:
方案1会产生惊群效应:假如许多客户端在等待一把锁,当锁释放时候所有客户端都被唤醒,然后竞争分布式锁,仅仅有一个客户端得到锁。
方案2是按照创建顺序排队的实现,多个客户端共同等待锁,当锁释放时只有一个客户端会被唤醒,在zk上注册节点最小的客户端会被唤醒,避免了惊群效应。
b:redis实现分布式锁(用的次之)
redis实现分布式锁主要靠四个命令:
setnx(set if not exits 维护着是乐观锁):当不存在key的时候,才为key设置值为value。setnx与set的区别:set是存在key,则去覆盖value;setnx是不存在key,则重新给key和value赋值。
getset:根据key得到旧的值,并set新的值。
expire:设置过期时间。
del:删除
实现方式(文字配合图片可更加清晰):
1:获取锁的时候,使用setnx加锁,并使用expire命令为锁添加一个超时时间,超过该时间则自动释放锁,锁的value值为一个随机生成的UUID,通过此在释放锁的时候进行判断。
2:获取锁的时候还设置一个获取的超时时间,若超过这个时间则放弃获取锁。
3:释放锁的时候,通过UUID判断是不是该锁,若是该锁,则执行delete进行锁释放。
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c:数据库实现分布式锁(用的最少)
实现方式:利用的是乐观锁和悲观锁
乐观锁:在表中添加版本号的字段,每次更新前都先查询出带版本号的数据,然后再更新的时候where条件语句后带版本号条件,更新成功表示锁已占用,更新不成功表示锁没被占用。
悲观锁:利用select...for update(X锁)/select...lock in share mode(S锁),一般来说用X锁的较多,因为后续多会做写功能的实现。
注:当实现悲观锁的时候,需要关闭数据库的事务自动提交机制不然不会生效。因此java代码中应该选择主动关闭数据库的事务自动提交功能。