分布式鎖

之前看程序員小灰的公眾號烙懦，通過漫畫的形式講解了分布式鎖的內(nèi)容器躏。

后來想到公司的項目里，也利用到了分布式鎖多矮，但是分布式鎖的具體代碼實現(xiàn)和在項目中的應(yīng)用并不是自己寫的缓淹，具體情況還不是太懂。尋思塔逃，決定利用這個熱度來看看公司的分布式鎖實現(xiàn)讯壶，向大牛們學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。

說到鎖患雏，在生活中鎖通常是用來鎖門的鹏溯，鎖車的。在java中淹仑，鎖是用來同步的丙挽，鎖是用來保證數(shù)據(jù)的一致性的肺孵。兩者雖不同，但最終都是以安全為結(jié)果來考慮的颜阐。

分布式鎖和我們java基礎(chǔ)中學(xué)習(xí)到的synchronized略有不同平窘，在synchronized中我們的鎖是個對象，如果一個線程拿到了該鎖凳怨，別的線程就只能等待了瑰艘。

分布式中的鎖，通常不會是一個對象肤舞，而是一個唯一的數(shù)據(jù)紫新，可以是商戶的訂單號，商戶的編碼李剖，或者是一條數(shù)據(jù)的唯一主鍵等等芒率。

synchronized主要對于單個應(yīng)用中，多線程的同步篙顺；

而分布式鎖對應(yīng)的是多個應(yīng)用偶芍，每個應(yīng)用中都可能會處理相同的數(shù)據(jù)，所以需要對對個應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步德玫，保證數(shù)據(jù)的一致性匪蟀；

拋開具體代碼實現(xiàn)，我認(rèn)為兩種鎖的最大不同宰僧。

分布式鎖的具體實現(xiàn)

1.redis

向redis中添加一個key材彪，添加的操作是原子性操作，key不存在才能添加成功撒桨；

2.zookeeper

具體實現(xiàn)查刻，還沒了解過，等有了解在做詳細(xì)解答凤类；

下面我們就來看看redis怎么實現(xiàn)分布式鎖；

redis實現(xiàn)分布式鎖

說的簡單些普气，redis來實現(xiàn)分布式鎖的原理就是將程序中一個唯一的key寫入redis中谜疤，當(dāng)有其他分布式應(yīng)用要訪問時候此key時，就去redis中讀取现诀，讀取到了則說明此數(shù)據(jù)正在被處理夷磕，讀取不到則說明可以進(jìn)行處理；

但是仔沿，想將分布式鎖處理的妥當(dāng)坐桩，還真不是一件輕松地事情，繼續(xù)往后看封锉。

在redis實現(xiàn)的分布式鎖中绵跷，我們需要強(qiáng)調(diào)以下幾點膘螟，只有保證了以下幾點，才可說是確保了鎖的實現(xiàn)：

互斥碾局，在任何時刻荆残，對于同一條數(shù)據(jù)，只有一臺應(yīng)用可以獲取到分布式鎖净当；

不能發(fā)生死鎖内斯，一臺服務(wù)器掛了，程序沒有執(zhí)行完像啼，但是redis中的鎖卻永久存在了俘闯，那么已加鎖未執(zhí)行完的數(shù)據(jù)，就永遠(yuǎn)得不到處理了忽冻，直到人工發(fā)現(xiàn)真朗，或者監(jiān)控發(fā)現(xiàn)；

高可用性甚颂，可以保證程序的正常加鎖蜜猾，正常解鎖；

加鎖解鎖必須由同一臺服務(wù)器進(jìn)行振诬，不能出現(xiàn)你加的鎖蹭睡，別人給你解鎖了。

再開始具體代碼之前赶么，我們需要來創(chuàng)建測試環(huán)境肩豁；首先是，在你的電腦中安裝redis辫呻，具體安裝如下：

下載清钥，解壓，編譯：

$ wget http://download.redis.io/releases/redis-4.0.10.tar.gz
$ tar xzf redis-4.0.10.tar.gz
$ cd redis-4.0.10
$ make

編譯成功后放闺，進(jìn)入到redis-4.0.10目錄中祟昭，再進(jìn)入到src目錄下：

執(zhí)行./redis-server命令，redis程序啟動怖侦；

新啟動一個新的窗口篡悟，進(jìn)入到redis-4.0.10/src目錄下執(zhí)行，./redis-cli命令進(jìn)入redis客戶端匾寝；

創(chuàng)建項目工程搬葬，添加java端redis依賴:

最新的2.9.0版本：

 <dependency>
  <groupId>redis.clients</groupId>
  <artifactId>jedis</artifactId>
  <version>2.9.0</version>
</dependency>

基本的環(huán)境創(chuàng)建完了，接下來我們就來編寫具體的代碼。

前面說了，redis分布式鎖實現(xiàn)就是像redis服務(wù)器中插入一個可做唯一條件的的key放吩。那么轧抗，我們來看看redis中Java的api抡锈；

我們使用的是redis在Java中的jedis框架疾忍。

在Jedis老版本中，多數(shù)實現(xiàn)使用的是setnx()方法和expire()方法實現(xiàn)企孩，而在jedis最新版本中使用的是set()方法锭碳；

例如：

public boolean setLock(Jedis jedis,String key,String val,int expireTime){
    if (jedis.setnx(key, val) == 1) {
        jedis.expire(key, expireTime / 1000);
        return true;
    }
    return false;
}

上面的例子中，你覺得會發(fā)生什么樣的問題勿璃？如果當(dāng)程序執(zhí)行完成jedis.setnx后擒抛，key和val被設(shè)置到了redis中，此時應(yīng)用程序異常补疑，過期時間還未設(shè)置歧沪，那么此key將永久保留在redis中，不會被刪除莲组。之所以這么實現(xiàn)诊胞，是因為當(dāng)時jedis框架并不支持多參數(shù)的setnx()方法,setnx指令本身不支持傳入超時時間。

public boolean setLock(Jedis jedis,String key,String val,int expireTime){
    String response = jedis.set(key, val, "NX", "PX",
            expireTime);
    return "OK".equals(response);
}

此方法為現(xiàn)在通用的實現(xiàn)锹杈；當(dāng)key不存在時撵孤，向redis中插入數(shù)據(jù)，設(shè)置過期時間竭望，這就相當(dāng)于上鎖了邪码；這里面需要注意的一點就是，val的值咬清。我們將唯一的值當(dāng)做key闭专，那么val怎么搞？

在分布式系統(tǒng)環(huán)境下旧烧，val的值可以設(shè)置成該機(jī)器的唯一標(biāo)識影钉，例如時間+請求號。為什么這么說掘剪，當(dāng)一個服務(wù)器向redis加鎖時候平委，我們需要確定這個key是來自于哪臺服務(wù)器，在解鎖時需要校驗是不是解鎖的請求來自于同一個服務(wù)器夺谁；

set(final String key, final String value, final String nxxx,final String expx, final int time) 方法：

(1)key肆汹，我們使用key來當(dāng)鎖，key是唯一的予权。

(2)value，我們傳的是“時間+請求號”浪册，通過給value賦值我們在解鎖的時候就會傳遞同樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行解鎖扫腺。不至于出現(xiàn)不同的服務(wù)器對key進(jìn)行解鎖。為什么說村象，不允許出現(xiàn)不同的服務(wù)器對一個key進(jìn)行解鎖笆环？我們后面講解攒至。

(3)nxxx，NX意思為SET IF NOT EXIST躁劣，即當(dāng)key不存在時迫吐，我們進(jìn)行set操作；若key已經(jīng)存在账忘，則不做任何操作志膀；

(4)expx，PX意思是給這個key加一個過期設(shè)置鳖擒，具體時間由第五個參數(shù)決定溉浙。

(5)time，代表key的過期時間蒋荚，單位毫秒戳稽。

說完了上鎖，接下來說說解鎖：

解鎖期升，就是將key刪除惊奇，你可能會覺得調(diào)用jedis刪除方法就行了唄，事實并不是如此播赁；

public void deleteLock(Jedis jedis, String key){
    jedis.del(key);
}

我們前面說了颂郎，在分布式環(huán)境中，哪臺服務(wù)器加的鎖行拢，在解鎖時候祖秒，還讓那臺服務(wù)器來解鎖。不能出現(xiàn)A服務(wù)器加鎖舟奠，而B服務(wù)器解鎖的情況竭缝；而上面的代碼就會出現(xiàn)這種情況。

當(dāng)A服務(wù)器將一個key設(shè)置超時時間為5秒鐘沼瘫，獲取到鎖執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯抬纸，但是呢，5秒鐘沒有執(zhí)行完耿戚，此時key由于到了過期時間而被刪除了湿故。正好B服務(wù)器進(jìn)行了獲取鎖操作，發(fā)現(xiàn)key沒有上鎖膜蛔，進(jìn)而加鎖開始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯坛猪。過了1秒后，A服務(wù)器執(zhí)行完畢皂股，執(zhí)行釋放所操作墅茉，del(key)，將B服務(wù)器上的鎖給刪除了。A就斤、B服務(wù)器對同一個可以執(zhí)行了一樣的操作悍募；

實現(xiàn)如下：

public void deleteLock(Jedis jedis, String key, String value){
    if (value.equals(jedis.get(key))) {
        jedis.del(lockKey);
    }
}

上面實現(xiàn)，你覺得有問題嗎洋机？會不會出現(xiàn)A服務(wù)器加鎖坠宴，而B服務(wù)器解鎖的情況。

答案：是绷旗。

由于判斷和del()操作不是原子性的喜鼓，那么就會存在判斷后，讓其他服務(wù)器刪除的情況刁标；

例如：A服務(wù)器加鎖颠通，執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，很快執(zhí)行完畢膀懈，進(jìn)行解鎖操作顿锰，解鎖判斷，OK启搂，準(zhǔn)備進(jìn)行del()操作硼控，此時CPU切換到執(zhí)行別的操作了，或者JVM虛擬機(jī)進(jìn)行垃圾回收操作胳赌。這時候牢撼，key到了過期時間，B服務(wù)器執(zhí)行獲取到鎖疑苫，執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯熏版，還沒執(zhí)行完成，A服務(wù)器復(fù)活捍掺，執(zhí)行del()操作撼短，刪除key；此時挺勿，A服務(wù)器上的鎖曲横，超時而被刪除，B服務(wù)器加鎖不瓶，A服務(wù)器將其刪除禾嫉；

終極大招，lua腳本實現(xiàn)：

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

jedis.eval(luaScript,Arrays.asList(key),Arrays.asList(value));

總體代碼結(jié)構(gòu)為：

 public void redisLock(Jedis jedis,String key,String val,int expireTime){
    String luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
    try{
        String response = jedis.set(key, val, "NX", "PX", expireTime);
        if(!"OK".equals(response)){
            return;
        }
        //.....執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
    }catch (Exception e){

    }finally {
        jedis.eval(luaScript,Arrays.asList(key),Arrays.asList(val));
    }
}

通過lua腳本蚊丐，解決了 解鈴還須系鈴人 的問題熙参，但是并沒有解決由于A服務(wù)器執(zhí)行時間過長，導(dǎo)致鎖失效麦备，從而使得B服務(wù)器獲取到了鎖尊惰，對同一個key執(zhí)行了相同的邏輯讲竿。

筆者想到了兩種方式。首先弄屡，需要確認(rèn)的是，以上的情況發(fā)生概率很低鞋诗，如果你的系統(tǒng)并發(fā)量不大膀捷，業(yè)務(wù)邏輯不復(fù)雜的話，基本上很難遇到這個誤刪除的問題削彬，或者A全庸、B服務(wù)器都對同一個key執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的問題。

第一個解決辦法融痛，我給他起名叫“懶政”壶笼，意思是重復(fù)執(zhí)行就重復(fù)執(zhí)行吧，不影響數(shù)據(jù)的一致性就行雁刷。但是覆劈，此解決辦法有個前提條件，不影響數(shù)據(jù)的最終一致性沛励。比如說责语，在加鎖的業(yè)務(wù)邏輯中有一個遠(yuǎn)程調(diào)用的接口，此接口不是冪等性的目派，你調(diào)用幾次坤候，此接口就接受幾次你的數(shù)據(jù)，那么這種情況下就不能使用該方法企蹭。還有就是說白筹，在業(yè)務(wù)邏輯中有一個update數(shù)據(jù)庫更新操作，sql為 update set amount = amount - 10 where id = 1 and amount >=0谅摄，很常見的金額更新操作徒河，但是如果對id為1的數(shù)據(jù)連續(xù)執(zhí)行2次，那金額就不對了螟凭，這個是個大問題虚青，這種情況也不行。

第二個解決辦法是螺男，守護(hù)線程棒厘，當(dāng)A服務(wù)器設(shè)置的鎖要超時的時候，守護(hù)線程再對該鎖進(jìn)行續(xù)命下隧，加血奢人，延長存活時間。

守護(hù)線程例子：

public class ThreadTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (;;){
            System.out.println("111111111");
        }
    }
    public static void main(String[] agrs){
        ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
        Thread thread = new Thread(threadTest);
        //thread.setDaemon(true);
        thread.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

當(dāng)設(shè)置setDaemon為true時淆院，當(dāng)main方法執(zhí)行結(jié)束后何乎，新啟動的線程也隨之結(jié)束，這就是守護(hù)線程，守護(hù)這main方法主線程支救，隨著main結(jié)束而結(jié)束抢野；

具體實現(xiàn)如下：

public void redisLockAndDaemonThread(final Jedis jedis, String key, String val, int expireTime){
    String luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
    try{
        String response = jedis.set(key, val, "NX", "PX", expireTime);
        if(!"OK".equals(response)){
            return;
        }
        //開啟守護(hù)線程：
        final int tmpExpireTime = expireTime;
        final String tmpKey = key;
        Thread thread = new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                for(;;){
                    jedis.expire(tmpKey,tmpExpireTime);
                    try {
                        Thread.sleep(tmpExpireTime);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
        //.....執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
    }catch (Exception e){

    }finally {
        jedis.eval(luaScript,Arrays.asList(key),Arrays.asList(val));
    }
}

與之前的一樣，首先我們來對key進(jìn)行加鎖各墨，設(shè)置超時間指孤。獲取到鎖后，開啟守護(hù)線程贬堵，再對key進(jìn)行超時間設(shè)置恃轩，增加其壽命，接下來進(jìn)行睡眠黎做，如果在睡眠后還能繼續(xù)執(zhí)行叉跛，則說明此業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行還未結(jié)束，再次對key進(jìn)行壽命延長蒸殿。

如果業(yè)務(wù)線程結(jié)束筷厘，那么守護(hù)線程也隨之結(jié)束。

至此伟桅，如上便是redis實現(xiàn)分布式鎖的邏輯敞掘。