分散式鎖的多種實現方式，你瞭解嗎？

為什麼要使用分散式鎖？

在網際網路中很多場景下，我們為了保證資料的一致性，需要保證同一個方法，在同一時間，只能有一個執行緒在執行。這在單機環境中，我們有很多辦法實現，在java.util.concurrent包下，java提供了很多併發相關API，但這些API在分散式場景下就無能為力了。

 

常見的幾種方案？

基於資料庫的鎖

基於快取的鎖（Redis、Memcached）

基於分散式演算法的鎖（Zookeeper）

 

使用Mysql實現：

可以使用Mysql中的悲觀鎖或者排他鎖來實現，具體步驟如下：

1、建立一張資料庫表，用於儲存鎖記錄

2、方法開始執行時，執行一條insert語句插入到鎖記錄表中，將要鎖定的資源作為主鍵或者唯一性索引插入，這個主鍵或者唯一性索引可以保證，同一時刻，只有一個執行緒執行成功

3、方法執行完畢後，刪除這條資料

 

使用上面Mysql實現，有如下幾個問題：

1、資料庫是單點的，當資料庫掛掉，會造成服務不可用

2、不能設定鎖的超時時間

3、這把鎖是不可重入的，同一個執行緒在沒有釋放鎖之前，無法再獲取該鎖

 

使用Zookeeper實現：

此種方式不太常用，效能也比較低，但理論上也是最安全的，可以使用Curator框架實現，使用其中InterProcessMutex類可以非常方便的實現分散式鎖

 

使用Redis實現：

這種方式最為常見，具體步驟如下：

1、方法開始執行時，通過如下命令，向Redis獲取一個鎖

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

NX表示，只有當resource_name對應的key不存在時，才能SET成功，這保證了只有第一個請求的客戶端才能獲得鎖，而其它客戶端在鎖被釋放之前都無法獲得鎖。

PX 30000 是一個自動過期時間，客戶端可以根據自己的業務常見，選擇合適的過期時間。

上面的命令如果執行成功，則客戶端成功獲取到了鎖；而如果上面的命令執行失敗，則說明獲取鎖失敗。

2、方法執行完畢後，可以通過如下lua指令碼刪除鎖

local v = redis.call('GET', KEYS[1]);

local r= 0;

if v == ARGV[1] then

   r =redis.call('DEL',KEYS[1]);

end

return r

 

使用上面Redis實現，有如下幾個問題：

1、必須設定超時時間，假如沒有設定超時時間，當一個程式獲取到鎖後，他崩潰了，或者因為網路問題，導致它再也無法和Redis通訊了，那麼它會一直持有這個鎖，而其他的客戶端永遠無法獲取到這個鎖

2、這個my_random_value是很有必要的，它保證了一個客戶端釋放的鎖，一定是自己的鎖

2、加鎖的過程，依然不支援可重入性，如果想實現可重入性，可以將 MAC地址 + jvm程式ID + 執行緒ID 作為my_random_value設定進快取

3、依然是單點的，當redis掛掉，會導致服務不可用，假如給這個Redis掛一個Slave，但由於Redis的服務是非同步的，會喪失鎖的安全性

4、釋放鎖的過程使用lua指令碼，是為了保證原子性，網上有人將加鎖過程分為兩步執行，先使用SETNX命令加鎖，再使用PEXPIRE命令設定鎖的超時時間，將這兩步放在lua指令碼中，也是為了保證原子性

5、超時時間應該設定成多少呢？假如方法執行時間過長，超過了設定的超時時間，當Redis已經自動刪除的key，而方法依然在執行，這可能會導致程式出現發生不一致性，出現嚴重BUG，這看起來是個兩難的問題

 

使用Redlock演算法解決單點問題：

針對於上面第3個問題，Redis的作者antirez提出了一個更安全的實現，稱為Redlock，算是對於實現分散式鎖的官方指導規範，因為在此之前，很多人使用Redis鎖，都是基於單節點的，而Redlock是基於多節點（都是Master）的一種實現。

Redlock簡單直白的說，就是採用N（通常是5）個獨立的redis節點，同時setnx，如果多數節點成功，就拿到了鎖，這樣就可以允許少數（2個或以下）的節點掛掉了。釋放鎖的過程則比較簡單，向所有節點發起釋放鎖的請求，無論這個節點之前有沒有成功加鎖，這一點很重要，因為可能這個幾點已經成功加鎖，但是在返回給客戶端的時候，響應包丟失了。

在Redis官網上，有Redlock演算法的詳細過程。

在實現開發過程中，我們可以使用redisson框架中的RedissionClient類來實現Redlock演算法的分散式鎖。

Redlock看似完美，假如我們有5個節點（A、B、C、D、E），假設發生瞭如下情況：

1、service1成功鎖住了其中的3個節點A、B、C，而D和E沒有鎖住

2、節點C突然間發生了崩潰，所有的快取全部丟失，沒有持久化下來

3、將C節點進行重啟

4、service2成功鎖住了其中的3個節點C、D、E，獲取鎖成功

這樣，service1和service2就獲取到了同一把鎖。

當然我們可以通過修改redis配置，將每次修改資料都進行fsync，持久化起來，但這會嚴重降低效能。

為了解決這一問題，Redis作者antirez又提出了延遲重啟(delayed restarts)的概念。辦法很簡單，也就是說，當其中一個節點崩潰後，先不立即重啟它，而是等待一段時間再重啟，等裡面的快取全部都自動過期。這樣的話，這個節點在重啟前，所參與的鎖全部都會過期，它在重啟後就不會對以前的鎖造成影響。

 

超時時間應該如何設定？

大多數情況下，我們應該根據業務場景給出一個超時時間，這個超時時間可能是一個經驗值，也可能是經過嚴格測試計算出來的。

但假如我們的方法執行時間過長，擔心超時時間小於方法的執行時間，在加鎖時，不想設定超時時間，而是讓程式自動檢測，當方法執行完畢後，再釋放鎖，應該怎麼做呢？

我們下次再來分析這個問題，有不同意見和想法的歡迎進群交流：236283328