实现分布式锁的常用三种方式

分布式锁概述

我们的系统都是分布式部署的，日常开发中，秒杀下单、抢购商品等等业务场景，为了防⽌库存超卖，都需要用到分布式锁。

分布式锁其实就是，控制分布式系统不同进程共同访问共享资源的一种锁的实现。如果不同的系统或同一个系统的不同主机之间共享了某个临界资源，往往需要互斥来防止彼此干扰，以保证一致性。

业界流行的分布式锁实现，一般有这3种方式：

基于数据库实现的分布式锁
基于Redis实现的分布式锁
基于Zookeeper实现的分布式锁

分布式锁：基于数据库实现

主要有两种方式：

1、悲观锁

2、乐观锁

A. 悲观锁（排他锁）

利用select … where xx=yy for update排他锁

注意：这里需要注意的是where xx=yy，xx字段必须要走索引，否则会锁表。有些情况下，比如表不大，mysql优化器会不走这个索引，导致锁表问题。

核心思想：以「悲观的心态」操作资源，无法获得锁成功，就一直阻塞着等待。

注意：该方式有很多缺陷，一般不建议使用。

实现：

创建一张资源锁表：


CREATE TABLE `resource_lock` (
  `id` int(4) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `resource_name` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '锁定的资源名',
  `owner` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '锁拥有者',
  `desc` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '备注信息',
  `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '保存数据时间，自动生成',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uidx_resource_name` (`resource_name `) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='锁定中的资源';

注意：resource_name 锁资源名称必须有唯一索引

使用事务查询更新：


@Transaction
public void lock(String name) {
   ResourceLock rlock = exeSql("select * from resource_lock where resource_name = name for update");
     if (rlock == null) {
           exeSql("insert into resource_lock(reosurce_name,owner,count) values (name, 'ip',0)");
     }
}

使用 for update 锁定的资源。如果执行成功，会立即返回，执行插入数据库，后续再执行一些其他业务逻辑，直到事务提交，执行结束；如果执行失败，就会一直阻塞着。

可以在数据库客户端工具上测试出来这个效果，当在一个终端执行了 for update，不提交事务。在另外的终端上执行相同条件的 for update，会一直卡着

虽然也能实现分布式锁的效果，但是会存在性能瓶颈。

优点：

简单易用，好理解，保障数据强一致性。

缺点：

1）在 RR 事务级别，select 的 for update 操作是基于间隙锁（gap lock）实现的，是一种悲观锁的实现方式，所以存在阻塞问题。

2）高并发情况下，大量请求进来，会导致大部分请求进行排队，影响数据库稳定性，也会耗费服务的CPU等资源。

当获得锁的客户端等待时间过长时，会提示：

[40001][1205] Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

高并发情况下，也会造成占用过多的应用线程，导致业务无法正常响应。

3）如果优先获得锁的线程因为某些原因，一直没有释放掉锁，可能会导致死锁的发生。

4）锁的长时间不释放，会一直占用数据库连接，可能会将数据库连接池撑爆，影响其他服务。

5）MySql数据库会做查询优化，即便使用了索引，优化时发现全表扫效率更高，则可能会将行锁升级为表锁，此时可能就更悲剧了。

6）不支持可重入特性，并且超时等待时间是全局的，不能随便改动。

B. 乐观锁

所谓乐观锁与悲观锁最大区别在于基于CAS思想，表中添加一个时间戳或者是版本号的字段来实现，update xx set version=new_version where xx=yy and version=Old_version，通过增加递增的版本号字段实现乐观锁。

不具有互斥性，不会产生锁等待而消耗资源，操作过程中认为不存在并发冲突，只有update version失败后才能觉察到。

抢购、秒杀就是用了这种实现以防止超卖。

实现：

创建一张资源锁表：


CREATE TABLE `resource` (
  `id` int(4) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `resource_name` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '资源名',
  `share` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '状态',
  `version` int(4) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '版本号',
  `desc` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '备注信息',
  `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '保存数据时间，自动生成',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uidx_resource_name` (`resource_name `) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='资源';

为表添加一个字段，版本号或者时间戳都可以。通过版本号或者时间戳，来保证多线程同时间操作共享资源的有序性和正确性。

伪代码实现：


Resrouce resource = exeSql("select * from resource where resource_name = xxx");
boolean succ = exeSql("update resource set version= 'newVersion' ... where resource_name = xxx and version = 'oldVersion'");

if (!succ) {
    // 发起重试
}

实际代码中可以写个while循环不断重试，版本号不一致，更新失败，重新获取新的版本号，直到更新成功。

优点：

实现简单，复杂度低

保障数据一致性

缺点：

性能低，并且有锁表的风险

可靠性差

非阻塞操作失败后，需要轮询，占用CPU资源

长时间不commit或者是长时间轮询，可能会占用较多的连接资源

分布式锁：基于Redis实现

原理与实现

Redis提供了多种命令支持实现分布式锁，其中最常用的是SETNX（Set if Not eXists）和GETSET结合使用，或者使用更高级的SET命令配合NX（Only set the key if it does not already exist）和PX或EX（为key设置过期时间）选项。

优点：

性能高效，Redis本身为内存数据库，操作速度快。
实现简单，通过几个命令即可完成锁的获取与释放。
支持自动过期，降低死锁风险。

缺点：

单点问题，依赖单一Redis实例可能成为瓶颈。
网络分区可能导致锁的不一致状态。

示例代码（伪代码）:

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class RedisDistributedLock {

    private Jedis jedis;
    private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

    public RedisDistributedLock(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public boolean lock(String lockKey, int expireTime) {
        String result = jedis.set(lockKey, "locked", "NX", "PX", expireTime * 1000);
        return LOCK_SUCCESS.equals(result);
    }

    public boolean unlock(String lockKey) {
        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        Object result = jedis.eval(script, 1, lockKey, "locked");
        return RELEASE_SUCCESS.equals(result);
    }
}

代码注解：上例中，lock方法尝试使用NX（只在键不存在时设置）和PX（设置过期时间，单位毫秒）参数设置锁，返回OK表示成功获取锁。unlock方法使用Lua脚本确保解锁操作的原子性，只有当锁的持有者与当前客户端匹配时才执行删除操作。

分布式锁：基于Zookeeper实现

在学习Zookeeper分布式锁之前，我们复习一下Zookeeper的节点哈。

Zookeeper的节点Znode有四种类型：

持久节点：默认的节点类型。创建节点的客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在。
持久节点顺序节点：所谓顺序节点，就是在创建节点时，Zookeeper根据创建的时间顺序给该节点名称进行编号，持久节点顺序节点就是有顺序的持久节点。
临时节点：和持久节点相反，当创建节点的客户端与zookeeper断开连接后，临时节点会被删除。
临时顺序节点：有顺序的临时节点。

Zookeeper分布式锁实现应用了临时顺序节点。这里不贴代码啦，来讲下zk分布式锁的实现原理吧。

zk获取锁过程

当第一个客户端请求过来时，Zookeeper客户端会创建一个持久节点locks。如果它（Client1）想获得锁，需要在locks节点下创建一个顺序节点lock1.如图

接着，客户端Client1会查找locks下面的所有临时顺序子节点，判断自己的节点lock1是不是排序最小的那一个，如果是，则成功获得锁。

这时候如果又来一个客户端client2前来尝试获得锁，它会在locks下再创建一个临时节点lock2

客户端client2一样也会查找locks下面的所有临时顺序子节点，判断自己的节点lock2是不是最小的，此时，发现lock1才是最小的，于是获取锁失败。获取锁失败，它是不会甘心的，client2向它排序靠前的节点lock1注册Watcher事件，用来监听lock1是否存在，也就是说client2抢锁失败进入等待状态。