分布式锁的实现及问题

在多线程并发的状况下，咱们可使用锁来保证一个代码块在同一时间内只能由一个线程访问。好比Java的synchronized关键字和Reentrantlock类等等。

这样子能够保证在同一个JVM进程内的多个线程同步执行。

 

若是在分布式的集群环境中，如何保证不一样节点的线程同步执行呢？

 

怎么才能在分布式系统中，实现不一样线程对代码和资源的同步访问？

对于单进程的并发场景，咱们可使用语言和类库提供的锁。对于分布式场景，咱们可使用分布式锁。

那么怎么才能实现分布式系统中的锁呢？

分布式锁有许多中实现方法，下面简单列举一下。

分布式锁的实现有哪些？

1.Memcached分布式锁

利用Memcached的add命令。此命令是原子性操做，只有在key不存在的状况下，才能add成功，也就意味着线程获得了锁。

2.Redis分布式锁

和Memcached的方式相似，利用Redis的setnx命令。此命令一样是原子性操做，只有在key不存在的状况下，才能set成功。（setnx命令并不完善，后续会介绍替代方案）

3.Zookeeper分布式锁

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。

首先讲一下Redis的分布式锁，这种实现方式比较有表明性。

如何用Redis实现分布式锁？

Redis分布式锁的基本流程并不难理解，但要想写得尽善尽美，也并非那么容易。在这里，咱们须要先了解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？锁的value值为一个随机生成的UUID。咱们能够姑且设置成1。加锁的伪代码以下：    

setnx（key，1）
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.锁超时

锁超时是什么意思呢？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，单位为second，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，避免死锁。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）
    try {
        do something ......
    } finally {
        del（key）
    }
}
上面的伪代码只是分布式锁的简单实现，结合实际应用场景考虑就会发现上述分布式锁的实现存在着三个致命问题：

1. setnx和expire的非原子性

设想一个极端场景，当某线程执行setnx，成功获得了锁：

 

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，这把锁就没有设置过时时间，变得“长生不老”，别的线程再也没法得到锁了。

怎么解决呢？setnx指令自己是不支持传入超时时间的，幸亏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）
这样就能够取代setnx指令。

2. del 致使误删

又是一个极端场景，假如某线程成功获得了锁，而且设置的超时时间是30秒。

 

若是某些缘由致使线程A执行的很慢很慢，过了30秒都没执行完，这时候锁过时自动释放，线程B获得了锁。

 

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。 

 

怎么避免这种状况呢？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)
}
也能够在释放锁的时候，经过锁的默认value值UUID判断是否是该锁，如果该锁，则执行delete进行锁释放。

可是，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，不是原子性的。

要想实现验证和删除过程的原子性，可使用Lua脚原本实现。这样就能保证验证和删除过程的正确性了。

3. 出现并发的可能性

仍是刚才第二点所描述的场景，虽然咱们避免了线程A误删掉key的状况，可是同一时间有A，B两个线程在访问代码块，仍然是不完美的。

怎么办呢？咱们可让得到锁的线程开启一个守护线程，用来给快要过时的锁“续航”。

 

当过去了29秒，线程A还没执行完，这时候守护线程会执行expire指令，为这把锁“续命”20秒。守护线程从第29秒开始执行，每20秒执行一次。

 

当线程A执行完任务，会显式关掉守护线程。

 

另外一种状况，若是节点1 突然断电，因为线程A和守护线程在同一个进程，守护线程也会停下。这把锁到了超时的时候，没人给它续命，也就自动释放了。

 

关于Redis分布式锁的内容就介绍到这里啦。 ————————————————版权声明：本文为CSDN博主「kongmin_123」的原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处连接及本声明。原文连接：https://blog.csdn.net/kongmin_123/article/details/82080962