一、分布式鎖介紹

單機(jī)多線程： 在 Java 中，我們通常使用 ReetrantLock 類、synchronized 關(guān)鍵字這類 本地鎖 來(lái)控制一個(gè) JVM 進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程對(duì)本地共享資源的訪問(wèn)

分布式系統(tǒng)： 不同的服務(wù)/客戶端通常運(yùn)行在獨(dú)立的 JVM 進(jìn)程上。如果多個(gè) JVM 進(jìn)程共享同一份資源的話，使用本地鎖就沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)資源的互斥訪問(wèn)了。于是，分布式鎖就誕生了。

舉個(gè)例子：系統(tǒng)的訂單服務(wù)一共部署了 3 份，都對(duì)外提供服務(wù)。用戶下訂單之前需要檢查庫(kù)存，為了防止超賣，這里需要加鎖以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢查庫(kù)存操作的同步訪問(wèn)。由于訂單服務(wù)位于不同的 JVM 進(jìn)程中，本地鎖在這種情況下就沒(méi)辦法正常工作了。我們需要用到分布式鎖，這樣的話，即使多個(gè)線程不在同一個(gè) JVM 進(jìn)程中也能獲取到同一把鎖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)共享資源的互斥訪問(wèn)。

一個(gè)最基本的分布式鎖需要滿足：

• 互斥 ：任意一個(gè)時(shí)刻，鎖只能被一個(gè)線程持有；
• 高可用 ：鎖服務(wù)是高可用的。并且，即使客戶端的釋放鎖的代碼邏輯出現(xiàn)問(wèn)題，鎖最終一定還是會(huì)被釋放，不會(huì)影響其他線程對(duì)共享資源的訪問(wèn)。
• 可重入：一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取了鎖之后，還可以再次獲取鎖。

二、基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

1. 如何基于 Redis 實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)易的分布式鎖

不論是本地鎖還是分布式鎖，核心都在于==“互斥”==。

在 Redis 中， SETNX 命令是可以幫助我們實(shí)現(xiàn)互斥。SETNX即 SET if Not eXists (對(duì)應(yīng) Java 中的 setIfAbsent 方法)，如果 key 不存在的話，才會(huì)設(shè)置 key 的值。如果 key 已經(jīng)存在， SETNX 啥也不做。

> SETNX lockKey uniqueValue
(integer) 1
> SETNX lockKey uniqueValue
(integer) 0

釋放鎖的話，直接通過(guò) DEL 命令刪除對(duì)應(yīng)的 key 即可

> DEL lockKey
(integer) 1

為了防止誤刪到其他的鎖，這里我們建議使用 Lua 腳本通過(guò) key 對(duì)應(yīng)的 value（唯一值）來(lái)判斷。

選用 Lua 腳本是為了保證解鎖操作的原子性。因?yàn)?Redis 在執(zhí)行 Lua 腳本時(shí)，可以以原子性的方式執(zhí)行，從而保證了鎖釋放操作的原子性。

// 釋放鎖時(shí)，先比較鎖對(duì)應(yīng)的 value 值是否相等，避免鎖的誤釋放
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

這是一種最簡(jiǎn)易的 Redis 分布式鎖實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，性能也很高效。不過(guò)，這種方式實(shí)現(xiàn)分布式鎖存在一些問(wèn)題。就比如應(yīng)用程序遇到一些問(wèn)題比如釋放鎖的邏輯突然掛掉，可能會(huì)導(dǎo)致鎖無(wú)法被釋放，進(jìn)而造成共享資源無(wú)法再被其他線程/進(jìn)程訪問(wèn)。

2. 為什么要給鎖設(shè)置一個(gè)過(guò)期時(shí)間

主要為了避免鎖無(wú)法被釋放

127.0.0.1:6379> SET lockKey uniqueValue EX 3 NX
OK

• lockKey ：加鎖的鎖名；
• uniqueValue ：能夠唯一標(biāo)示鎖的隨機(jī)字符串；
• NX ：只有當(dāng) lockKey 對(duì)應(yīng)的 key 值不存在的時(shí)候才能 SET 成功；
• EX ：過(guò)期時(shí)間設(shè)置（秒為單位）EX 3 標(biāo)示這個(gè)鎖有一個(gè) 3 秒的自動(dòng)過(guò)期時(shí)間。與 EX 對(duì)應(yīng)的是 PX（毫秒為單位），這兩個(gè)都是過(guò)期時(shí)間設(shè)置。

一定要保證設(shè)置指定 key 的值和過(guò)期時(shí)間是一個(gè)原子操作?。。?不然的話，依然可能會(huì)出現(xiàn)鎖無(wú)法被釋放的問(wèn)題。

這種解決辦法同樣存在漏洞：

• 如果操作共享資源的時(shí)間大于過(guò)期時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)鎖提前過(guò)期的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致分布式鎖直接失效
• 如果鎖的超時(shí)時(shí)間設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，又會(huì)影響到性能

3. 如何實(shí)現(xiàn)鎖的優(yōu)雅續(xù)期

Redisson 是一個(gè)開(kāi)源的 Java 語(yǔ)言 Redis 客戶端，提供了很多開(kāi)箱即用的功能，不僅僅包括多種分布式鎖的實(shí)現(xiàn)。并且，Redisson 還支持 Redis 單機(jī)、Redis Sentinel 、Redis Cluster 等多種部署架構(gòu)。

Redisson 中的分布式鎖自帶自動(dòng)續(xù)期機(jī)制，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，原理也比較簡(jiǎn)單，其提供了一個(gè)專門用來(lái)監(jiān)控和續(xù)期鎖的 Watch Dog（ 看門狗），如果操作共享資源的線程還未執(zhí)行完成的話，Watch Dog 會(huì)不斷地延長(zhǎng)鎖的過(guò)期時(shí)間，進(jìn)而保證鎖不會(huì)因?yàn)槌瑫r(shí)而被釋放。

使用方式舉例：

// 1.獲取指定的分布式鎖對(duì)象
RLock lock = redisson.getLock("lock");
// 2.拿鎖且不設(shè)置鎖超時(shí)時(shí)間，具備 Watch Dog 自動(dòng)續(xù)期機(jī)制
lock.lock();
// 3.執(zhí)行業(yè)務(wù)
...
// 4.釋放鎖
lock.unlock();

只有未指定鎖超時(shí)時(shí)間，才會(huì)使用到 Watch Dog 自動(dòng)續(xù)期機(jī)制。

// 手動(dòng)給鎖設(shè)置過(guò)期時(shí)間，不具備 Watch Dog 自動(dòng)續(xù)期機(jī)制
lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);

總的來(lái)說(shuō)就是使用Redisson，它帶有自動(dòng)的續(xù)期機(jī)制

4. 如何實(shí)現(xiàn)可重入鎖

所謂可重入鎖指的是在一個(gè)線程中可以多次獲取同一把鎖，比如一個(gè)線程在執(zhí)行一個(gè)帶鎖的方法，該方法中又調(diào)用了另一個(gè)需要相同鎖的方法，則該線程可以直接執(zhí)行調(diào)用的方法即可重入 ，而無(wú)需重新獲得鎖。像 Java 中的 synchronized 和 ReentrantLock 都屬于可重入鎖。

可重入分布式鎖的實(shí)現(xiàn)核心思路是線程在獲取鎖的時(shí)候判斷是否為自己的鎖，如果是的話，就不用再重新獲取了。為此，我們可以為每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)可重入計(jì)數(shù)器和一個(gè)占有它的線程。當(dāng)可重入計(jì)數(shù)器大于 0 時(shí)，則鎖被占有，需要判斷占有該鎖的線程和請(qǐng)求獲取鎖的線程是否為同一個(gè)。

到此這篇關(guān)于Java分布式鎖由淺入深介紹的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java分布式鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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