Redis常見分布鎖的原理和實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2022年08月18日 10:08:21 作者：劍圣無痕

這篇文章主要介紹了Redis常見分布鎖的原理和實(shí)現(xiàn)，文章圍繞主題展開詳細(xì)的內(nèi)容介紹，具有一定的參考價(jià)值，需要的小伙伴可以參考一下

前言

Java中的鎖主要包括synchronized鎖和JUC包中的鎖，這些鎖都是針對(duì)單個(gè)JVM實(shí)例上的鎖，對(duì)于分布式環(huán)境是無效的，那么基于分布式鎖的如何實(shí)現(xiàn)呢？

常見的分布式鎖的實(shí)現(xiàn)如下圖：

基于數(shù)據(jù)庫(kù)

悲觀鎖

悲觀鎖（Pessimistic Lock）顧名思義為很悲觀的鎖，每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖。這樣別人想拿數(shù)據(jù)就被擋住，直到悲觀鎖被釋放，悲觀鎖中的共享資源每次只給一個(gè)線程使用，其它線程阻塞，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其它線程，但是在效率方面，處理加鎖的機(jī)制會(huì)產(chǎn)生額外的開銷，且容易產(chǎn)生死鎖。

實(shí)現(xiàn)原理

悲觀并發(fā)控制實(shí)際上是"先取鎖再訪問"的保守策略，為數(shù)據(jù)處理的安全提供了保證.

具體實(shí)現(xiàn)

例如通過悲觀鎖來實(shí)現(xiàn)庫(kù)存扣減的偽代碼如下：

// 對(duì)于庫(kù)存記錄進(jìn)行行鎖

SELECT *FROM sys_goods s WHERE s.Id='1' FOR UPDATE;

//執(zhí)行庫(kù)存扣減
update sys_stock　s set s.stockQty=s.stockQty-#{number} where s.goodId=1 and s.stockQty>0；

//提交事務(wù),自動(dòng)釋放悲觀鎖。

樂觀鎖

簡(jiǎn)介

樂觀鎖是基于數(shù)據(jù)版本號(hào)(version)的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)庫(kù)表添加"version"字段, 讀取出數(shù)據(jù)時(shí)，將此版本號(hào)讀出，在更新過程中，會(huì)對(duì)版本號(hào)進(jìn)行比較，如果是一致的，則會(huì)成功執(zhí)行本次操作,且版本號(hào)加1，如果版本號(hào)不一致，則會(huì)更新失敗。

實(shí)現(xiàn)原理

相對(duì)悲觀鎖，樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)不會(huì)使用到數(shù)據(jù)庫(kù)的鎖機(jī)制，樂觀鎖的原理使用的CAS的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的，CAS(Compare-and-Swap)即比較并替換.

1、比較：讀取到了一個(gè)值A(chǔ)，在將其更新為B之前，檢查原值是否仍為A(未被其他線程改動(dòng)).
2、設(shè)置：如果是未發(fā)送變化，則將A更新為B結(jié)束。如果發(fā)生變化，則什么都不做。

具體實(shí)現(xiàn)

例如樂觀鎖來實(shí)現(xiàn)庫(kù)存扣減的偽代碼如下：

// 查詢庫(kù)存記錄，獲取版本號(hào)
SELECT stockQty,version FROM sys_goods s WHERE s.Id='1'

//執(zhí)行庫(kù)存扣減，防止出現(xiàn)超賣
update sys_stock　s set 
  s.stockQty=s.stockQty-#{number},
  s.version=version+1
  where s.goodId=1 and s.stockQty>0 and version=#{version};

Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

關(guān)于Redis分布式鎖的實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)在前期的文章中進(jìn)行了講解，大家可以參考如下文章

Spring Boot 實(shí)現(xiàn)Redis分布式鎖原理

Spring Boot 集成Redisson實(shí)現(xiàn)分布式鎖詳細(xì)案例

Zooker實(shí)現(xiàn)分布式鎖

Zookper實(shí)現(xiàn)分布式鎖，主要是應(yīng)用zookeeper節(jié)點(diǎn)的臨時(shí)和有序性來實(shí)現(xiàn)。

加鎖過程

當(dāng)客戶端1請(qǐng)求時(shí)，Zookeeper客戶端會(huì)創(chuàng)建一個(gè)持久節(jié)點(diǎn)Locks節(jié)點(diǎn)，如果客戶端1想獲取鎖,會(huì)在locks節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建臨時(shí)節(jié)點(diǎn)/node_000000，如果查找Locks下面所有臨時(shí)有序子節(jié)點(diǎn)，當(dāng)自己為最小的節(jié)點(diǎn)是則獲取鎖成功。

當(dāng)客戶端2嘗試獲取鎖時(shí)，也會(huì)查看locks下面的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，判斷自己的節(jié)點(diǎn)/node_000001是不是最小，如果不是最小則獲取鎖失敗，客戶端2會(huì)向它排序靠前的節(jié)點(diǎn)node_000000注冊(cè)watch事件，用來監(jiān)聽node_000000是否存在，雖然搶鎖失敗，但是node_000001進(jìn)入等待狀態(tài)。

釋放鎖的過程

Zookeeper的客戶端業(yè)務(wù)完成或者客戶端發(fā)生故障，都會(huì)刪除臨時(shí)節(jié)點(diǎn)并且釋放鎖。如果是任務(wù)完成，客戶端1還會(huì)顯式調(diào)用刪除node_000000的指令。

例如上述圖，客戶端1斷開，臨時(shí)節(jié)點(diǎn)node_000000已被刪除，而此時(shí)node_000001通過watcher監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)自己為為最小的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，所以獲取鎖成功。

異常場(chǎng)景分析

客戶端1創(chuàng)建臨時(shí)節(jié)點(diǎn)后，會(huì)與Zookeeper服務(wù)器維護(hù)一個(gè)Session，這個(gè)Session會(huì)依賴客戶端定時(shí)心跳來維持連接。由于網(wǎng)路異常原因，Zookeeper長(zhǎng)時(shí)間收不到客戶端1的心跳，就認(rèn)為這個(gè)Session過期了，也會(huì)把這個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)刪除，此時(shí)客戶端2創(chuàng)建臨時(shí)節(jié)點(diǎn)能夠獲取鎖成功。當(dāng)客戶端網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，它仍然認(rèn)為持有鎖，此時(shí)就會(huì)造成鎖沖突。

具體實(shí)現(xiàn)

Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖，可以采用Curator實(shí)現(xiàn)分布式鎖，關(guān)于SpringBoot如何集成Curator，大家可以參考如下文章：

Java Spring Boot 集成Zookeeper

Zookpeer實(shí)現(xiàn)分布式鎖實(shí)現(xiàn)庫(kù)存扣減

 @RequestMapping("/lockStock")
    public void lockStock()
    {
       zooKeeperUtil.lock("/Locks", 1000, TimeUnit.SECONDS, ()->{
           //業(yè)務(wù)邏輯
       });
    }

小結(jié)：

關(guān)于分布式鎖的實(shí)現(xiàn)的對(duì)比，詳情請(qǐng)查看下圖：