前言
集群环境下的并发问题
分布式锁
定义
需要满足的条件
常见的分布式锁
redis实现分布式锁
核心思路
代码实现
误删情况
逻辑说明
解决方案
代码实现
更为极端的误删情况
Lua脚本解决原子性问题
分布式锁-redission
redisson的概念
快速入门
总结
前言
在前面我们已经实现了单机模式下的一人一单，但如果开启集群模式，单机模式的方案显然不适用，首先就是锁方案，在集群模式下，如果使用synchronized来作为锁，那每个单机都有属于自己的锁，这就导致锁失效，这时候就要采用分布式锁，本文使用redis的setnx操作来手动实现分布式锁，最后使用redisson做分布式锁，同时也对分布式锁常见问题给出了解决方案
集群环境下的并发问题
在前文实现一人一单的代码是加上synchronized即可保证线程安全，但是在集群模式下就不行了。syn锁会失效，有关锁失效原因分析
由于现在我们部署了多个tomcat，每个tomcat都有一个属于自己的jvm，那么假设在服务器A的tomcat内部，有两个线程，这两个线程由于使用的是同一份代码，那么他们的锁对象是同一个，是可以实现互斥的，但是如果现在是服务器B的tomcat内部，又有两个线程，但是他们的锁对象写的虽然和服务器A一样，但是锁对象却不是同一个，所以线程3和线程4可以实现互斥，但是却无法和线程1和线程2实现互斥，这就是集群环境下，syn锁失效的原因，在这种情况下，我们就需要使用分布式锁来解决这个问题。
分布式锁
定义
分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。
分布式锁的核心思想就是让大家都使用同一把锁，只要大家使用的是同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路
需要满足的条件
可见性：多个线程都能看到相同的结果，即多个线程都要得到相同的信息，注意：这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到变化的意思
互斥：互斥是分布式锁的最基本的条件，使得程序串行执行
高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性
高性能：由于加锁本身就让性能降低，所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能
安全性：安全也是程序中必不可少的一环
常见的分布式锁
Mysql：mysql本身就带有锁机制，但是由于mysql性能本身一般，所以采用分布式锁的情况下，其实使用mysql作为分布式锁比较少见
Redis：redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式，现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁，利用setnx这个方法，如果插入key成功，则表示获得到了锁，如果有人插入成功，其他人插入失败则表示无法获得到锁，利用这套逻辑来实现分布式锁
Zookeeper：zookeeper也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案。
redis实现分布式锁
实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：
-
获取锁：
-
互斥：确保只能有一个线程获取锁
-
非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false
-
-
释放锁：
-
手动释放
-
超时释放：获取锁时添加一个超时时间，防止发生死锁
-
核心思路
我们利用redis 的setNx 方法，当有多个线程进入时，我们就利用该方法，第一个线程进入时，redis 中就有这个key 了，返回了1，如果结果是1，则表示他抢到了锁，那么他去执行业务，然后再删除锁，退出锁逻辑，没有抢到锁的线程，等待一定时间后重试即可
代码实现
ILock接口，制定锁操作的规范
/**
* @author
* @version 1.0
* @description: 锁的基本接口
* @date 2023/9/4 9:16
*/
public interface ILock {
//尝试获取锁
boolean tryLock(Long timeoutSec);
//释放锁
void unlock();
}
redis分布式锁的初级版本
/**
* @author
* @version 1.0
* @description: redis分布式锁初级版本
* @date 2023/9/4 9:20
*/
public class SimpleRedisLock implements ILock {
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
@Override
public boolean tryLock(Long timeoutSec) {
//获取当前线程id
long id = Thread.currentThread().getId();
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, id + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
//防止自动拆箱出现空指针
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
//释放锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}执行setnx操作时用用户id拼接上order，实现了一人一单。
@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
SeckillVoucher seckillVoucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
//判断是否开始，开始时间如果在当前时间之后就是尚未开始
if (seckillVoucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
return Result.fail("秒杀尚未开始");
}
//判断是否结束，结束时间如果在当前时间之前就是已经结束
if (seckillVoucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
return Result.fail("秒杀已经结束");
}
//判断库存是否充足
if (seckillVoucher.getStock() < 1) {
return Result.fail("库存不足");
}
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
//创建锁对象
SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
//尝试获取锁
boolean isLock = lock.tryLock(1200L);
//获取锁失败
if(!isLock){
return Result.fail("不允许重复下单");
}
try {
return voucherOrderService.createVoucherOrder(voucherId);
}finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}误删情况
逻辑说明
持有锁的线程在锁的内部出现了阻塞，导致他的锁到了过期时间自动释放，这时其他线程，线程2来尝试获得锁，就拿到了这把锁，然后线程2在持有锁执行过程中，线程1反应过来，继续执行，而线程1执行过程中，走到了删除锁逻辑，此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除，这就是误删别人锁的情况说明
解决方案
解决方案就是在每个线程释放锁的时候，去判断一下当前这把锁是否属于自己，如果不属于自己，则不进行锁的删除，假设还是上边的情况，线程1卡顿，锁自动释放，线程2进入到锁的内部执行逻辑，此时线程1反应过来，然后删除锁，但是线程1，一看当前这把锁不是属于自己，于是不进行删除锁逻辑，当线程2走到删除锁逻辑时，如果没有卡过自动释放锁的时间点，则判断当前这把锁是属于自己的，于是删除这把锁。即在释放锁前判断一下锁是否是自己的，需要在获取锁时加上特有的线程标识，本项目采用的是uuid+线程id，因为在集群模式下，线程id可能会有冲突，需要拼上uuid
代码实现
核心思路
修改之前的分布式锁实现，满足：在获取锁时存入线程标示（可以用UUID表示） 在释放锁时先获取锁中的线程标示，判断是否与当前线程标示一致
-
如果一致则释放锁
-
如果不一致则不释放锁
核心逻辑：在存入锁时，放入自己线程的标识，在删除锁时，判断当前这把锁的标识是不是自己存入的，如果是，则进行删除，如果不是，则不进行删除。
@Override
public boolean tryLock(Long timeoutSec) {
//获取当前线程id
String id = ID_PREFIX+Thread.currentThread().getId();
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, id, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
//防止自动拆箱出现空指针
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
//从redis中获取锁信息
String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
//获取当前线程标识
String ThreadId = ID_PREFIX+Thread.currentThread().getId();
//自己的锁才释放
if(id.equals(ThreadId)) {
//释放锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}更为极端的误删情况
线程1现在持有锁之后，在执行业务逻辑过程中，他正准备删除锁，而且已经走到了条件判断的过程中，比如他已经拿到了当前这把锁确实是属于他自己的，正准备删除锁，但是此时他的锁到期了，那么此时线程2进来，但是线程1他会接着往后执行，当他卡顿结束后，他直接就会执行删除锁那行代码，相当于条件判断并没有起到作用，这就是删锁时的原子性问题，之所以有这个问题，是因为线程1的拿锁，比锁，删锁，实际上并不是原子性的，我们要防止刚才的情况发生，即要保证验证锁和删除锁这两个操作是原子操作不可中断
Lua脚本解决原子性问题
Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多条Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。Lua是一种编程语言，它的基本语法大家可以参考网站：Lua 教程 | 菜鸟教程，这里重点介绍Redis提供的调用函数，我们可以使用lua去操作redis，又能保证他的原子性，这样就可以实现拿锁比锁删锁是一个原子性动作了，作为Java程序员这一块并不作一个简单要求，并不需要过于精通，只需要知道他有什么作用即可。
释放锁的业务流程是这样的
1、获取锁中的线程标示
2、判断是否与指定的标示（当前线程标示）一致
3、如果一致则释放锁（删除）
4、如果不一致则什么都不做
最终我们操作redis的拿锁比锁删锁的lua脚本就会变成这样
-- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key，这里的ARGV[1] 就是当前线程标示
-- 获取锁中的标示，判断是否与当前线程标示一致
if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
-- 一致，则删除锁
return redis.call('DEL', KEYS[1])
end
-- 不一致，则直接返回
return 0代码改动如下
private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
static {
UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
}
public void unlock() {
// 调用lua脚本
stringRedisTemplate.execute(
UNLOCK_SCRIPT,
Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
}分布式锁-redission
基于setnx实现的分布式锁存在下面的问题：
重入问题：重入问题是指 获得锁的线程可以再次进入到相同的锁的代码块中，可重入锁的意义在于防止死锁，比如HashTable这样的代码中，他的方法都是使用synchronized修饰的，假如他在一个方法内，调用另一个方法，那么此时如果是不可重入的，不就死锁了吗？所以可重入锁他的主要意义是防止死锁，我们的synchronized和Lock锁都是可重入的。
不可重试：是指目前的分布式只能尝试一次，我们认为合理的情况是：当线程在获得锁失败后，他应该能再次尝试获得锁。
超时释放：我们在加锁时增加了过期时间，这样的我们可以防止死锁，但是如果卡顿的时间超长，虽然我们采用了lua表达式防止删锁的时候，误删别人的锁，但是毕竟没有锁住，有安全隐患
主从一致性： 如果Redis提供了主从集群，当我们向集群写数据时，主机需要异步的将数据同步给从机，而万一在同步过去之前，主机宕机了，就会出现死锁问题
redisson的概念
Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格（In-Memory Data Grid）。它不仅提供了一系列的分布式的Java常用对象，还提供了许多分布式服务，其中就包含了各种分布式锁的实现。
Redission提供了分布式锁的多种多样的功能，并不需要我们手动去实现锁，同时redisson实现分布式锁也能完美解决上述setnx的问题
快速入门
导入依赖，不建议直接导入start，这会覆盖springboot对redisson原有的配置
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.13.6</version>
</dependency>配置Redisson客户端：
@Configuration
public class RedissonConfig {
@Bean
public RedissonClient redissonClient(){
// 配置
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://localhost:6379")
.
// 创建RedissonClient对象
return Redisson.create(config);
}
}只需要将先前我们自己写的锁换成redisson的锁即可
@Resource
private RedissonClient redissonClient;
@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
// 1.查询优惠券
SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
// 2.判断秒杀是否开始
if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
// 尚未开始
return Result.fail("秒杀尚未开始！");
}
// 3.判断秒杀是否已经结束
if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
// 尚未开始
return Result.fail("秒杀已经结束！");
}
// 4.判断库存是否充足
if (voucher.getStock() < 1) {
// 库存不足
return Result.fail("库存不足！");
}
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
//创建锁对象 这个代码不用了，因为我们现在要使用分布式锁
//SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
RLock lock = redissonClient.getLock("lock:order:" + userId);
//获取锁对象
boolean isLock = lock.tryLock();
//加锁失败
if (!isLock) {
return Result.fail("不允许重复下单");
}
try {
//获取代理对象(事务)
IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}总结
我们一路走来，利用添加过期时间，防止死锁问题的发生，但是有了过期时间之后，可能出现误删别人锁的问题，这个问题我们开始是利用删之前 通过拿锁，比锁，删锁这个逻辑来解决的，也就是删之前判断一下当前这把锁是否是属于自己的，但是现在还有原子性问题，也就是我们没法保证拿锁比锁删锁是一个原子性的动作，最后通过lua表达式来解决这个问题，但利用setnx实现分布式锁仍然存在着不少问题，比如不可重入，不可重试等，而且在企业中常用的也是用redisson做分布式锁，不用重复造轮子，但我们通过setnx自己实现一个分布式锁，有助于我们对分布式锁原理了解得更深，路漫漫其修远兮，慢慢加油。
