锁和分布式锁

锁的由来 ：

多线程环境中，常常遇到多个线程访问同一个 共享资源 ，这时候做为开发者必须考虑如何维护数据一致性，这就须要某种机制来保证只有知足某个条件（获取锁成功）的线程才能访问资源，而不知足条件（获取锁失败）的线程只能等待，在下一轮竞争中来获取锁才能访问资源。

两个知识点：

1.高级缓存Cache

 

 

 

 

 

CPU为了提升处理速度，不和内存直接进行交互，而是使用Cache。

可能引起的问题：

 

 

 

 

 

若是多个处理器同时对共享变量进行读改写操做 （i++就是经典的读改写操做），那么共享变量就会被多个处理器同时进行操做，这样读改写操做就不是原子的了，操做完以后共享变量的值会和指望的不一致。

形成此结果的缘由：

多个处理器同时从各自的缓存中读取变量i，分别进行加1操做，而后分别写入 系统内存中。

处理器层面的解决方案：

处理器使用总线锁就是来解决这个问题的。所谓总线锁就是使用处理器提供的一个 LOCK＃信号，当一个处理器在总线上输出此信号时，其余处理器的请求将被阻塞住，那么该处理器能够独占共享内存。

2.CAS(Compare And Swap)+volatile

CAS 操做包含三个操做数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。执行CAS操做的时候，将内存位置的值与预期原值比较，若是相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。不然，处理器不作任何操做。

java的Atomic以及一些它自带的类中的cas操做都是经过借助cmpxchg指令完成的。他保证同一时刻只能有一个线程cas成功。

举个例子

以AtomicIneger的源码为例来看看CAS操做：

 

 

 

 

 

for（；；）表示循环，只有当if判断为true才退出。而if判断的内容就是是否CAS成功。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

volatile的做用：

1）将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。

2）这个写回内存的操做会使在其余CPU里缓存了该内存地址的数据无效。

循环CAS+volatile是实现锁的关键。

Lock锁的部分细节

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

不一样场景锁的表现不一样：独占？共享？读写？

 

 

 

 

 

分布式锁(redis的简单实现)

分布式锁实现的三个核心要素：

• 1.加锁

最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的惟一标识，按业务来决定命名。好比想要给一种商品的秒杀活动加锁，能够给key命名为 “lock_sale_商品ID” 。而value设置成什么呢？咱们能够姑且设置成1。加锁的伪代码以下：

setnx（key，1） 

SETNX key value

将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。

若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不作任何动做。

SETNX 是『SET if Not eXists』(若是不存在，则 SET)的简写。
时间复杂度：
O(1)
返回值：
设置成功，返回 1 。
设置失败，返回 0 。

当一个线程执行setnx返回1，说明key本来不存在，该线程成功获得了锁；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。

• 2.解锁

有加锁就得有解锁。当获得锁的线程执行完任务，须要释放锁，以便其余线程能够进入。释放锁的最简单方式是执行del指令，伪代码以下：

del（key）

释放锁以后，其余线程就能够继续执行setnx命令来得到锁。

• 3.设置超时时间

若是一个获得锁的线程在执行任务的过程当中挂掉，来不及显式地释放锁，这块资源将会永远被锁住，别的线程再也别想进来。

因此，setnx的key必须设置一个超时时间，以保证即便没有被显式释放，这把锁也要在必定时间后自动释放。setnx不支持超时参数，因此须要额外的指令，伪代码以下：

expire（key， 30）

综合起来，咱们分布式锁实现的初版伪代码以下：

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

上述代码的问题：

• 1 setnx和expire的非原子性

 

 

 

 

 

setnx刚执行成功，还将来得及执行expire指令，节点1 Duang的一声挂掉了。

 

 

 

 

 

这样一来，这个锁就长生不死了。

解决方案：

Redis 2.6.12以上版本为set指令增长了可选参数，伪代码以下：

set（key，1，30，NX）

• 2 del 致使误删

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

能够在del释放锁以前作一个判断，验证当前的锁是否是本身加的锁

至于具体的实现，能够在加锁的时候把当前的线程ID当作value，并在删除以前验证key对应的value是否是本身线程的ID。

加锁：

String threadId = Thread.currentThread().getId()
set（key，threadId ，30，NX）

解锁：

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

这样作又隐含了一个新的问题，判断和释放锁是两个独立操做，不是原子性。

这一块要用Lua脚原本实现：

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));

redis官方说：eval命令在执行lua脚本时会看成一个命令去执行，而且直到命令执行完成redis才会去执行其余命令，因此就变成了一个原子操做。

• 3出现并发的可能性

进程1在超时时间内未执行完代码，此时进程2是能够获取锁的，会出现两个进程同时访问一个资源的状况。

解决方案：能够在进程1所在的jvm环境中开一个线程专门用来“续命”，当须要解锁的时候，通知这个续命线程结束执行。

private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
    private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX";
    private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "PX";
    /**
     * 尝试获取分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 线程Id
     * @param expireTime 超期时间
     * @return 是否获取成功
     */
    public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {
        String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);
        if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;
    /**
     * 释放分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 请求标识
     * @return 是否释放成功
     */
    public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {
        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));
        if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;
    }

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