漫畫：什麼是分散式鎖？

分散式鎖的實現有哪些？

1.Memcached分散式鎖
利用Memcached的add命令。此命令是原子性操作，只有在key不存在的情況下，才能add成功，也就意味著執行緒得到了鎖。
2.Redis分散式鎖
和Memcached的方式類似，利用Redis的setnx命令。此命令同樣是原子性操作，只有在key不存在的情況下，才能set成功。（setnx命令並不完善，後續會介紹替代方案）
3.Zookeeper分散式鎖
利用Zookeeper的順序臨時節點，來實現分散式鎖和等待佇列。Zookeeper設計的初衷，就是為了實現分散式鎖服務的。
4.Chubby
Google公司實現的粗粒度分散式鎖服務，底層利用了Paxos一致性演算法。

如何用Redis實現分散式鎖？

分散式鎖實現的三個核心要素：

1.加鎖
最簡單的方法是使用setnx命令。key是鎖的唯一標識，按業務來決定命名。比如想要給一種商品的秒殺活動加鎖，可以給key命名為 “lock_sale_商品ID” 。而value設定成什麼呢？我們可以姑且設定成1。加鎖的虛擬碼如下：

setnx（key，1）

當一個執行緒執行setnx返回1，說明key原本不存在，該執行緒成功得到了鎖；當一個執行緒執行setnx返回0，說明key已經存在，該執行緒搶鎖失敗。
2.解鎖
有加鎖就得有解鎖。當得到鎖的執行緒執行完任務，需要釋放鎖，以便其他執行緒可以進入。釋放鎖的最簡單方式是執行del指令，虛擬碼如下：

del（key）

釋放鎖之後，其他執行緒就可以繼續執行setnx命令來獲得鎖。
3.鎖超時
鎖超時是什麼意思呢？如果一個得到鎖的執行緒在執行任務的過程中掛掉，來不及顯式地釋放鎖，這塊資源將會永遠被鎖住，別的執行緒再也別想進來。
所以，setnx的key 必須設定一個超時時間，以保證即使沒有被顯式釋放，這把鎖也要在一定時間後自動釋放。setnx不支援超時引數，所以需要額外的指令，虛擬碼如下：
expire（key， 30）
綜合起來，我們分散式鎖實現的第一版虛擬碼如下：

if（setnx（key，1） == 1）{
    expire（key，30）
    try {
        do something ......
   } finally {
        del（key）
    }
}

上面的虛擬碼中，存在著

三個致命問題：

1. setnx和expire的非原子性
設想一個極端場景，當某執行緒執行setnx，成功得到了鎖：

setnx剛執行成功，還未來得及執行expire指令，節點1 掛掉了。

這樣一來，這把鎖就沒有設定過期時間，變得“長生不老”，別的執行緒再也無法獲得鎖了。怎麼解決呢？
setnx指令本身是不支援傳入超時時間的，Redis 2.6.12以上版本為set指令增加了可選引數，虛擬碼如下：

   set（key，1[value]，30[超時時間]，NX）

這樣就可以取代setnx指令。

SET user_key user_value NX PX 100

NX：只在在鍵不存在時，才對鍵進行設定操作，SET key value NX 效果等同於 SETNX key value
PX millisecond：設定鍵的過期時間為millisecond毫秒，當超過這個時間後，設定的鍵會自動失效

當redis中不存在user_key這個鍵的時候，才會去設定一個user_key鍵，並且給這個鍵的值設定為 user_value，且這個鍵的存活時間為100ms

只有在某個key不存在的時候，才會執行成功。那麼當多個程式同時併發的去設定同一個key的時候，就永遠只會有一個程式成功。

2. del 導致誤刪
極端場景，假如某執行緒（A）成功得到了鎖，並且設定的超時時間是30秒。
如果某些原因導致執行緒A執行的很慢很慢，過了30秒都沒執行完，這時候鎖過期自動釋放，執行緒B得到了鎖。

隨後，執行緒A執行完了任務，執行緒A接著執行del指令來釋放鎖。但這時候執行緒B還沒執行完，執行緒A實際上刪除的是執行緒B加的鎖。

在del釋放鎖之前需判斷，驗證當前的鎖是不是自己加的鎖。

具體的實現，在刪除之前驗證key對應的value是不是自己當初設定的那個。

加鎖：

String threadId = Thread.currentThread().getId()
set（key，threadId ，30，NX）//把當前的執行緒ID當做value

解鎖：

if（threadId .equals(redisClient.get(key))）{
    del(key)    
}

但是，這樣做又隱含了一個新的問題，判斷和釋放鎖是兩個獨立操作，不是原子性。
我們都是追求極致的程式設計師，所以這一塊要用 Lua指令碼 來實現：

String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";          
redisClient.eval(luaScript , Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(threadId));

這樣一來，驗證和刪除過程就是原子操作了。

3. 出現併發的可能性
還是剛才第二點所描述的場景，雖然我們避免了執行緒A誤刪掉key的情況，但是同一時間有A，B兩個執行緒在訪問程式碼塊，仍然是不完美的。
怎麼辦呢？我們可以讓獲得鎖的執行緒開啟一個守護執行緒，用來給快要過期的鎖“續航”。

set 了30秒，當過去了29秒，執行緒A還沒執行完，這時候守護執行緒會執行expire指令，為這把鎖“續命”20秒。守護執行緒從第29秒開始執行，每20秒執行一次。
當執行緒A執行完任務，會顯式關掉守護執行緒。

另一種情況，如果節點1 忽然斷電，由於執行緒A和守護執行緒在同一個程式，守護執行緒也會停下。這把鎖到了超時的時候，沒人給它續命，也就自動釋放了。