【业务功能篇72】分布式锁实现分析

news2024/9/24 5:26:16

什么是分布式锁？当多个进程在同一个系统中，用分布式锁控制多个进程对资源的访问

分布式锁应用场景

（1）传统的单体应用单机部署情况下，可以使用java并发处理相关的API进行互斥控制。

（2）分布式系统后由于多线程，多进程分布在不同机器上，使单机部署情况下的并发控制锁策略失效，为了解决跨JVM互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁的来源；分布式锁应用场景大都是高并发、大流量场景。

1.基于Redisson对redis分布式锁实现

基于Redisson对redis分布式锁的实现；

（1）加锁机制：根据hash节点选择一个客户端执行lua脚本

（2）锁互斥机制：再来一个客户端执行同样的lua脚本会提示已经存在锁，然后进入循环一直尝试加锁

（3）可重入机制

（4）watch dog自动延期机制

（5）释放锁机制

2.基于ETCD实现分布式锁

1. Lease机制：租约机制（TTL，Time To Live），Etcd 可以为存储的 key-value 对设置租约，

当租约到期，key-value 将失效删除；同时也支持续约，通过客户端可以在租约到期之前续约，

以避免 key-value 对过期失效。Lease 机制可以保证分布式锁的安全性，为锁对应的 key 配置租约，

即使锁的持有者因故障而不能主动释放锁，锁也会因租约到期而自动释放

2. Revision机制：每个 key 带有一个 Revision 号，每进行一次事务加一，它是全局唯一的，

通过 Revision 的大小就可以知道进行写操作的顺序。在实现分布式锁时，多个客户端同时抢锁，

根据 Revision 号大小依次获得锁，可以避免 “羊群效应” ，实现公平锁

3. Prefix机制：即前缀机制。例如，一个名为 /etcdlock 的锁，两个争抢它的客户端进行写操作，

实际写入的 key 分别为：key1="/etcdlock/UUID1"，key2="/etcdlock/UUID2"，

其中，UUID 表示全局唯一的 ID，确保两个 key 的唯一性。写操作都会成功，但返回的 Revision 不一样，

那么，如何判断谁获得了锁呢？通过前缀 /etcdlock 查询，返回包含两个 key-value 对的的 KeyValue 列表，

同时也包含它们的 Revision，通过 Revision 大小，客户端可以判断自己是否获得锁

4. Watch机制：即监听机制，Watch 机制支持 Watch 某个固定的 key，也支持 Watch 一个范围（前缀机制），

当被 Watch 的 key 或范围发生变化，客户端将收到通知；在实现分布式锁时，如果抢锁失败，

可通过 Prefix 机制返回的 KeyValue 列表获得 Revision 比自己小且相差最小的 key（称为 pre-key），

对 pre-key 进行监听，因为只有它释放锁，自己才能获得锁，如果 Watch 到 pre-key 的 DELETE 事件，

则说明 pre-key 已经释放，自己已经持有锁

基于ETCD分布式锁的实现流程

1. 建立连接

客户端连接 Etcd，以 /etcd/lock 为前缀创建全局唯一的 key，

假设第一个客户端对应的 key="/etcd/lock/UUID1"，第二个为 key="/etcd/lock/UUID2"；

客户端分别为自己的 key 创建租约 - Lease，租约的长度根据业务耗时确定；

2: 创建定时任务作为租约的“心跳”

当一个客户端持有锁期间，其它客户端只能等待，为了避免等待期间租约失效，

客户端需创建一个定时任务作为“心跳”进行续约。此外，如果持有锁期间客户端崩溃，

心跳停止，key 将因租约到期而被删除，从而锁释放，避免死锁

3: 客户端将自己全局唯一的 key 写入 Etcd

执行 put 操作，将步骤 1 中创建的 key 绑定租约写入 Etcd，根据 Etcd 的 Revision 机制，

假设两个客户端 put 操作返回的 Revision 分别为 1、2，客户端需记录 Revision 用以

接下来判断自己是否获得锁

步骤 4: 客户端判断是否获得锁

客户端以前缀 /etcd/lock/ 读取 keyValue 列表，判断自己 key 的 Revision 是否为当前列表中

最小的，如果是则认为获得锁；否则监听列表中前一个 Revision 比自己小的 key 的删除事件，一旦监听到删除事件或者因租约失效而删除的事件，则自己获得锁。

步骤 5: 执行业务

获得锁后，操作共享资源，执行业务代码

步骤 6: 释放锁

完成业务流程后，删除对应的key释放锁