引题
比如在同一个节点上&＃xff0c;两个线程并发的操作A的账户&＃xff0c;都是取钱&＃xff0c;如果不加锁&＃xff0c;A的账户可能会出现负数&＃xff0c;正确的方式是对账户acount进行加锁&＃xff0c;即使用synchronized关键字&＃xff0c;对其进行加锁后&＃xff0c;当有线程访问时&＃xff0c;会获得锁&＃xff0c;并对其资源进行修改操作&＃xff0c;其他的线程只有当该线程修改完成后并且释放锁&＃xff0c;才能对其访问&＃xff0c;这种加锁--修改--释放锁的模式就解决了多个线程同时修改资源而造成的错误。
但是&＃xff0c;在分布式集群系统中&＃xff0c;两个节点上的两个进程需要执行同一段代码块&＃xff0c;访问同一个临界资源&＃xff0c;如何保证不同节点的进程同步执行呢&＃xff1f;
一、什么是分布式锁(What)
什么是锁
在单进程的系统中&＃xff0c;当存在多个线程可以同时改变某个变量(可变共享变量)时&＃xff0c;就需要对变量或代码块做同步&＃xff0c;使其在修改这种变量时能够线性执行消除并发修改变量。
而同步的本质是通过锁来实现的。为了实现多个线程在一个时刻同一个代码块只能有一个线程可执行&＃xff0c;那么需要在某个地方做个标记&＃xff0c;这个标记必须每个线程都能看到&＃xff0c;当标记不存在时可以设置该标记&＃xff0c;其余后续线程发现已经有标记了则等待拥有标记的线程结束同步代码块取消标记后再去尝试设置标记。这个标记可以理解为锁。
不同地方实现锁的方式也不一样&＃xff0c;只要能满足所有线程都能看得到标记即可。如java中synchronize是在对象头设置标记&＃xff0c;Lock接口的实现类基本上都只是某一个volitile修饰的int型变量其保证每个线程都能拥有对该int的可见性和原子修改&＃xff0c;linux内核中也是利用互斥量或信号量等内存数据做标记。
分布式情况
此处主要指集群模式下&＃xff0c;多个相同服务同时开启.
分布式与单机情况下最大的不同在于其不是多线程而是多进程。
多线程由于可以共享堆内存&＃xff0c;因此可以简单的采取内存作为标记存储位置。而进程之间甚至可能都不在同一台物理机上&＃xff0c;因此需要将标记存储在一个所有进程都能看到的地方。
分布式锁
当在分布式模型下&＃xff0c;数据可能只有一份&＃xff0c;此时需要利用锁的技术控制某一时刻修改数据的进程数。
与单机模式下的锁不同&＃xff0c;分布式锁不仅需要保证进程可见&＃xff0c;还需要考虑进程与锁之间的网络问题。(分布式情况下之所以问题变得复杂&＃xff0c;主要就是需要考虑到网络的延时和不可靠)
分布式锁还是可以将标记存在内存&＃xff0c;只是该内存不是某个进程分配的内存而是公共内存如Redis、Memcache。至于利用数据库、文件等做锁与单机的实现是一样的&＃xff0c;只要保证标记能互斥就行。
二、为什么需要分布式锁(Why)
哪些场景需要用
场景一:比较敏感的数据比如金额修改&＃xff0c;同一时间只能有一个人操作&＃xff0c;想象下2个人同时修改金额&＃xff0c;一个加金额一个减金额&＃xff0c;为了防止同时操作造成数据不一致&＃xff0c;需要锁&＃xff0c;如果是数据库需要的就是行锁或表锁&＃xff0c;如果是在集群里&＃xff0c;多个客户端同时修改一个共享的数据就需要分布式锁。
场景二:比如多台机器都可以定时执行某个任务&＃xff0c;如果限制任务每次只能被一台机器执行&＃xff0c;不能重复执行&＃xff0c;就可以用分布式锁来做标记。
场景三:比如秒杀场景&＃xff0c;要求并发量很高&＃xff0c;那么同一件商品只能被一个用户抢到&＃xff0c;那么就可以使用分布式锁实现。
三、分布式锁的几种实现方式(How)
针对分布式锁的实现&＃xff0c;目前比较常用的有以下几种方案&＃xff1a;
1、基于数据库实现分布式锁
2、基于缓存(redis&＃xff0c;memcached&＃xff0c;tair)实现分布式锁
3、基于Zookeeper实现分布式锁
在分析这几种实现方案之前我们先来想一下&＃xff0c;我们需要的分布式锁应该是怎么样的&＃xff1f;(这里以方法锁为例&＃xff0c;资源锁同理)
可以保证在分布式部署的应用集群中&＃xff0c;同一个方法在同一时间只能被一台机器上的一个进程执行。
A 这把锁要是一把可重入锁(避免死锁)
B 这把锁最好是一把阻塞锁(根据业务需求考虑要不要这条)
C 有高可用的获取锁和释放锁功能
D 获取锁和释放锁的性能要好
1、基于数据库实现分布式锁
基于数据库表
要实现分布式锁&＃xff0c;最简单的方式可能就是直接创建一张锁表&＃xff0c;然后通过操作该表中的数据来实现了。
当我们要锁住某个方法或资源时&＃xff0c;我们就在该表中增加一条记录&＃xff0c;想要释放锁的时候就删除这条记录。
创建这样一张数据库表&＃xff1a;
CREATETABLE&＃96;methodLock&＃96; (
&＃96;id&＃96; int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT &＃39;主键&＃39;,
&＃96;method_name&＃96; varchar(64) NOT NULL DEFAULT &＃39;&＃39;COMMENT &＃39;锁定的方法名&＃39;,
&＃96;desc&＃96; varchar(1024) NOT NULL DEFAULT &＃39;备注信息&＃39;,
&＃96;update_time&＃96; timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT &＃39;保存数据时间&＃xff0c;自动生成&＃39;,
PRIMARYKEY(&＃96;id&＃96;),
UNIQUEKEY &＃96;uidx_method_name&＃96; (&＃96;method_name &＃96;)USING BTREE
)ENGINE&＃61;InnoDB DEFAULTCHARSET&＃61;utf8 COMMENT&＃61;&＃39;锁定中的方法&＃39;;
当我们想要锁住某个方法时&＃xff0c;执行以下SQL&＃xff1a;
insert into methodLock(method_name ,desc) values(‘method_name’ ,‘desc’)
因为我们对method_name做了唯一性约束&＃xff0c;这里如果有多个请求同时提交到数据库的话&＃xff0c;数据库会保证只有一个操作可以成功&＃xff0c;那么我们就可以认为操作成功的那个线程获得了该方法的锁&＃xff0c;可以执行方法体内容。
当方法执行完毕之后&＃xff0c;想要释放锁的话&＃xff0c;需要执行以下Sql:
delete from methodLock where method_name &＃61;&＃39;method_name&＃39;
上面这种简单的实现有以下几个问题&＃xff1a;
1、这把锁强依赖数据库的可用性&＃xff0c;数据库是一个单点&＃xff0c;一旦数据库挂掉&＃xff0c;会导致业务系统不可用。
2、这把锁没有失效时间&＃xff0c;一旦解锁操作失败&＃xff0c;就会导致锁记录一直在数据库中&＃xff0c;其他线程无法再获得到锁。
3、这把锁只能是非阻塞的&＃xff0c;因为数据的insert操作&＃xff0c;一旦插入失败就会直接报错。没有获得锁的线程并不会进入排队队列&＃xff0c;要想再次获得锁就要再次触发获得锁操作。
4、这把锁是非重入的&＃xff0c;同一个线程在没有释放锁之前无法再次获得该锁。因为数据中数据已经存在了。
当然&＃xff0c;我们也可以有其他方式解决上面的问题。
数据库是单点&＃xff1f;搞两个数据库&＃xff0c;数据之前双向同步。一旦挂掉快速切换到备库上。
没有失效时间&＃xff1f;只要做一个定时任务&＃xff0c;每隔一定时间把数据库中的超时数据清理一遍。
非阻塞的&＃xff1f;搞一个while循环&＃xff0c;直到insert成功再返回成功。
非重入的&＃xff1f;在数据库表中加个字段&＃xff0c;记录当前获得锁的机器的主机信息和线程信息&＃xff0c;那么下次再获取锁的时候先查询数据库&＃xff0c;如果当前机器的主机信息和线程信息在数据库可以查到的话&＃xff0c;直接把锁分配给他就可以了。
基于数据库排他锁
除了可以通过增删操作数据表中的记录以外&＃xff0c;其实还可以借助数据库自带的锁来实现分布式的锁。
我们还用刚刚创建的那张数据库表。可以通过数据库的排他锁来实现分布式锁。 基于MySql的InnoDB引擎&＃xff0c;可以使用以下方法来实现加锁操作&＃xff1a;
public boolean lock(){
connection.setAutoCommit(false)
while(true){
try{
result&＃61; select * from methodLock where method_name&＃61;xxx for update;
if(result&＃61;&＃61;null){
return true;
}
}catch(Exception e){
}
sleep(1000);
}
return false;
}
在查询语句后面增加for update&＃xff0c;数据库会在查询过程中给数据库表增加排他锁(这里再多提一句&＃xff0c;InnoDB引擎在加锁的时候&＃xff0c;只有通过索引进行检索的时候才会使用行级锁&＃xff0c;否则会使用表级锁。这里我们希望使用行级锁&＃xff0c;就要给method_name添加索引&＃xff0c;值得注意的是&＃xff0c;这个索引一定要创建成唯一索引&＃xff0c;否则会出现多个重载方法之间无法同时被访问的问题。重载方法的话建议把参数类型也加上。)。当某条记录被加上排他锁之后&＃xff0c;其他线程无法再在该行记录上增加排他锁。
我们可以认为获得排它锁的线程即可获得分布式锁&＃xff0c;当获取到锁之后&＃xff0c;可以执行方法的业务逻辑&＃xff0c;执行完方法之后&＃xff0c;再通过以下方法解锁&＃xff1a;
public void unlock(){
connection.commit();
}
作者&＃xff1a;阿康8182
链接&＃xff1a;https://www.jianshu.com/p/34e1c0f4475a
京公网安备 11010802041100号