概述

为了防止分布式系统中的多个进程之间相互干扰-我们需要一种分布式协调技术来对这些进程进行调度。而这个分布式协调技术的核心就是来实现这个分布式锁。

为什么要使用分布式锁

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  • 成员变量 A 存在 JVM1、JVM2、JVM3 三个 JVM 内存中
  • 成员变量 A 同时都会在 JVM 分配一块内存-三个请求发过来同时对这个变量操作-显然结果是不对的
  • 不是同时发过来-三个请求分别操作三个不同 JVM 内存区域的数据-变量 A 之间不存在共享-也不具有可见性-处理的结果也是不对的
    • 注：该成员变量 A 是一个有状态的对象

    如果我们业务中确实存在这个场景的话-我们就需要一种方法解决这个问题-这就是分布式锁要解决的问题

    分布式锁应该具备哪些条件

  • 在分布式系统环境下-一个方法在同一时间只能被一个机器的一个线程执行
  • 高可用的获取锁与释放锁
  • 高性能的获取锁与释放锁
  • 具备可重入特性（可理解为重新进入-由多于一个任务并发使用-而不必担心数据错误）
  • 具备锁失效机制-防止死锁
  • 具备非阻塞锁特性-即没有获取到锁将直接返回获取锁失败

    • 分布式锁的实现有哪些

  • Memcached：利用 Memcached 的 add 命令。此命令是原子性操作-只有在 key 不存在的情况下-才能 add 成功-也就意味着线程得到了锁。
  • Redis：和 Memcached 的方式类似-利用 Redis 的 setnx 命令。此命令同样是原子性操作-只有在 key 不存在的情况下-才能 set 成功。
  • Zookeeper：利用 Zookeeper 的顺序临时节点-来实现分布式锁和等待队列。Zookeeper 设计的初衷-就是为了实现分布式锁服务的。
  • Chubby：Google 公司实现的粗粒度分布式锁服务-底层利用了 Paxos 一致性算法。

    • 通过 Redis 分布式锁的实现理解基本概念

    分布式锁实现的三个核心要素：

    加锁

    最简单的方法是使用 setnx 命令。key 是锁的唯一标识-按业务来决定命名。比如想要给一种商品的秒杀活动加锁-可以给 key 命名为 “lock_sale_商品ID” 。而 value 设置成什么呢？我们可以姑且设置成 1。加锁的伪代码如下：

    ``plain setnx（lock_sale_商品ID-1） `

    当一个线程执行 setnx 返回 1-说明 key 原本不存在-该线程成功得到了锁；当一个线程执行 setnx 返回 0-说明 key 已经存在-该线程抢锁失败。

    解锁

    有加锁就得有解锁。当得到锁的线程执行完任务-需要释放锁-以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式是执行 del 指令-伪代码如下：

    `python del（lock_sale_商品ID） `

    释放锁之后-其他线程就可以继续执行 setnx 命令来获得锁。

    锁超时

    锁超时是什么意思呢？如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉-来不及显式地释放锁-这块资源将会永远被锁住（死锁）-别的线程再也别想进来。所以-setnx 的 key 必须设置一个超时时间-以保证即使没有被显式释放-这把锁也要在一定时间后自动释放。setnx 不支持超时参数-所以需要额外的指令-伪代码如下：

    `plain expire（lock_sale_商品ID- 30） `

    综合伪代码如下：

    `csharp if（setnx（lock_sale_商品ID-1） == 1）{ expire（lock_sale_商品ID-30） try { do something ...... } finally { del（lock_sale_商品ID） }} `

    存在什么问题

    以上伪代码中存在三个致命问题

    #### setnx 和 expire 的非原子性

    设想一个极端场景-当某线程执行 setnx-成功得到了锁：

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    setnx 刚执行成功-还未来得及执行 expire 指令-节点 1 挂掉了。

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    这样一来-这把锁就没有设置过期时间-变成死锁-别的线程再也无法获得锁了。

    怎么解决呢？setnx 指令本身是不支持传入超时时间的-set 指令增加了可选参数-伪代码如下：

    `bash set（lock_sale_商品ID-1-30-NX） `

    这样就可以取代 setnx 指令。

    #### del 导致误删

    又是一个极端场景-假如某线程成功得到了锁-并且设置的超时时间是 30 秒。

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    如果某些原因导致线程 A 执行的很慢很慢-过了 30 秒都没执行完-这时候锁过期自动释放-线程 B 得到了锁。

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    随后-线程 A 执行完了任务-线程 A 接着执行 del 指令来释放锁。但这时候线程 B 还没执行完-线程A实际上 删除的是线程 B 加的锁。

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    怎么避免这种情况呢？可以在 del 释放锁之前做一个判断-验证当前的锁是不是自己加的锁。至于具体的实现-可以在加锁的时候把当前的线程 ID 当做 value-并在删除之前验证 key 对应的 value 是不是自己线程的 ID。

    加锁：

    `dart String threadId = Thread.currentThread().getId()set（key-threadId -30-NX） `

    解锁：

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

    但是-这样做又隐含了一个新的问题-判断和释放锁是两个独立操作-不是原子性。

    #### 出现并发的可能性

    还是刚才第二点所描述的场景-虽然我们避免了线程 A 误删掉 key 的情况-但是同一时间有 A-B 两个线程在访问代码块-仍然是不完美的。怎么办呢？我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程-用来给快要过期的锁“续航”。

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    当过去了 29 秒-线程