什么是分布式鎖

分布式鎖是一種在分布式系統(tǒng)中用于協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問共享資源的機(jī)制。在分布式系統(tǒng)中，由于存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)并行執(zhí)行任務(wù)，可能會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件和數(shù)據(jù)不一致的問題。分布式鎖通過約束同一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獲得鎖的方式，確保了對(duì)共享資源的獨(dú)占訪問，從而解決了這些問題。

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)通常需要滿足以下特性：

1. 互斥性：同一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠持有鎖，并且其他節(jié)點(diǎn)無法獲取該鎖。
2. 可重入性：允許同一節(jié)點(diǎn)多次獲取同一個(gè)鎖，而不會(huì)發(fā)生死鎖。
3. 容錯(cuò)性：在鎖持有者節(jié)點(diǎn)故障或網(wǎng)絡(luò)異常情況下，能夠及時(shí)釋放鎖。
4. 超時(shí)處理：支持設(shè)置獲取鎖的最大等待時(shí)間，避免由于死鎖或長時(shí)間阻塞導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。
5. 高可用性：具備高可用性能，即使部分節(jié)點(diǎn)故障也能正常提供服務(wù)。

實(shí)現(xiàn)分布式鎖的方法有多種，常見的包括：

1. 基于數(shù)據(jù)庫的分布式鎖：利用數(shù)據(jù)庫的事務(wù)和唯一索引等特性，使用數(shù)據(jù)庫表記錄鎖的狀態(tài)。通過獲取和釋放特定的行鎖來實(shí)現(xiàn)互斥訪問。
2. 基于緩存的分布式鎖：利用分布式緩存（如Redis）的原子性操作和過期時(shí)間等特點(diǎn)，通過設(shè)置一個(gè)全局唯一的鍵值對(duì)表示鎖的狀態(tài)。只有成功獲取到鎖的節(jié)點(diǎn)才能在緩存中設(shè)置這個(gè)鍵值對(duì)，其他節(jié)點(diǎn)則無法設(shè)置并獲取到鎖。

什么是同步鎖

同步鎖是一種并發(fā)控制機(jī)制，用于在多線程環(huán)境下保護(hù)共享資源的訪問。它可以防止多個(gè)線程同時(shí)訪問臨界區(qū)代碼，從而避免并發(fā)訪問導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致或沖突。

同步鎖的原理是通過獲取鎖來獲得對(duì)臨界區(qū)代碼的獨(dú)占訪問權(quán)。在Java中，常用的同步鎖機(jī)制包括內(nèi)置鎖（也稱為監(jiān)視器鎖）和顯式鎖。

• 內(nèi)置鎖（Intrinsic Lock）：也稱為對(duì)象監(jiān)視器鎖或synchronized鎖。當(dāng)一個(gè)方法或代碼塊被synchronized修飾時(shí)，該對(duì)象上就存在一個(gè)內(nèi)置鎖。只有獲得了該鎖的線程才能執(zhí)行被修飾的方法或代碼塊，其他線程必須等待鎖的釋放。

示例代碼：

public class Example {
    private Object lock = new Object();
    public void synchronizedMethod() {
        synchronized (lock) {
            // 臨界區(qū)代碼
        }
    }
}

• 顯式鎖（Explicit Lock）：使用java.util.concurrent.locks包中的Lock接口及其實(shí)現(xiàn)類，如ReentrantLock。相比內(nèi)置鎖，顯式鎖提供了更靈活的鎖定機(jī)制，如可重入性、公平性和條件變量等特性，使得多線程代碼的控制更加精確。

示例代碼：

public class Example {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public void lockedMethod() {
        lock.lock();
        try {
            // 臨界區(qū)代碼
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

同步鎖的使用可以有效避免多個(gè)線程對(duì)共享資源的不安全訪問，保證數(shù)據(jù)一致性和并發(fā)執(zhí)行的正確性。但過度使用同步鎖可能導(dǎo)致線程競(jìng)爭(zhēng)和性能下降，因此在設(shè)計(jì)多線程應(yīng)用程序時(shí)需要合理地使用同步鎖機(jī)制。

兩種鎖的使用場(chǎng)景

分布式鎖和同步鎖是在不同環(huán)境下用于實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的兩種機(jī)制。

• 分布式鎖的使用場(chǎng)景： 分布式鎖通常用于分布式系統(tǒng)中，用于協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)共享資源的訪問。

一個(gè)常見的場(chǎng)景是在分布式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)唯一資源的排他性訪問，例如分布式任務(wù)調(diào)度、分布式緩存更新等。

示例代碼（基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖）：

import redis.clients.jedis.Jedis;
public class DistributedLock {
    private Jedis jedis;
    private String lockKey;
    public boolean acquireLock() {
        long result = jedis.setnx(lockKey, "locked");
        return result == 1;
    }
    public void releaseLock() {
        jedis.del(lockKey);
    }
}

在上述代碼中，通過調(diào)用 setnx() 方法嘗試獲取鎖，如果返回值為1，則表示成功獲取到分布式鎖。釋放鎖的操作則是調(diào)用 del() 方法刪除鎖的鍵。

• 同步鎖的使用場(chǎng)景： 同步鎖主要用于多線程編程中，控制多個(gè)線程對(duì)共享資源的并發(fā)訪問。

一個(gè)經(jīng)典的場(chǎng)景是在多線程環(huán)境下保護(hù)對(duì)某個(gè)臨界區(qū)代碼的獨(dú)占訪問，避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和沖突。

示例代碼（基于Java內(nèi)置鎖實(shí)現(xiàn)同步鎖）：

public class SynchronizedCounter {
    private int count;
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
    public synchronized void decrement() {
        count--;
    }
}

在上述代碼中，通過 synchronized 關(guān)鍵字修飾方法，使得多線程在執(zhí)行這些方法時(shí)會(huì)自動(dòng)獲取對(duì)象的內(nèi)置鎖。

這樣可以確保同一時(shí)間只能有一個(gè)線程執(zhí)行 increment() 或 decrement() 方法，避免并發(fā)訪問

分布式鎖實(shí)現(xiàn)

分布式鎖是在分布式系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)資源的互斥訪問的一種機(jī)制。下面介紹兩種常見的分布式鎖實(shí)現(xiàn)方法：

• 基于數(shù)據(jù)庫的分布式鎖： 使用數(shù)據(jù)庫作為分布式鎖的持久化存儲(chǔ)，通過在表中創(chuàng)建唯一索引或使用悲觀鎖來確保只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠成功獲取鎖。

// 獲取分布式鎖
public boolean acquireLock(String lockName) {
    try (Connection connection = dataSource.getConnection()) {
        String sql = "INSERT INTO distributed_lock (lock_name) VALUES (?)";
        PreparedStatement statement = connection.prepareStatement(sql);
        statement.setString(1, lockName);
        int affectedRows = statement.executeUpdate();
        return affectedRows > 0;
    } catch (SQLException e) {
        // 處理異常
    }
    return false;
}
// 釋放分布式鎖
public void releaseLock(String lockName) {
    try (Connection connection = dataSource.getConnection()) {
        String sql = "DELETE FROM distributed_lock WHERE lock_name = ?";
        PreparedStatement statement = connection.prepareStatement(sql);
        statement.setString(1, lockName);
        statement.executeUpdate();
    } catch (SQLException e) {
        // 處理異常
    }
}

在上述示例中，使用數(shù)據(jù)庫表 distributed_lock 存儲(chǔ)分布式鎖的狀態(tài)。

通過執(zhí)行相應(yīng)的SQL語句來獲取鎖和釋放鎖，確保只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠插入對(duì)應(yīng)的鎖名稱到表中。其他節(jié)點(diǎn)嘗試插入同樣的鎖名稱會(huì)因?yàn)槲ㄒ凰饕虮^鎖失敗，從而實(shí)現(xiàn)了互斥訪問。

• 基于Redis的分布式鎖： 使用Redis作為分布式鎖的存儲(chǔ)中心，利用Redis的原子操作特性和過期時(shí)間來實(shí)現(xiàn)分布式鎖的獲取和釋放。

public boolean acquireLock(String lockKey, String requestId, int expireTime) {
    try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
        String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
        return "OK".equalsIgnoreCase(result);
    } catch (Exception e) {
        // 處理異常
    }
    return false;
}
public void releaseLock(String lockKey, String requestId) {
    try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));
    } catch (Exception e) {
        // 處理異常
    }
}

在上述示例中，使用Redis的 set 命令以原子方式將鎖信息存儲(chǔ)到Redis中，并設(shè)置過期時(shí)間。

通過獲取鎖時(shí)傳遞一個(gè)唯一的請(qǐng)求標(biāo)識(shí)符 requestId，并在釋放鎖時(shí)校驗(yàn)該標(biāo)識(shí)符，確保只有持有鎖的節(jié)點(diǎn)能夠釋放它。

這兩種分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方法各有優(yōu)劣，選擇合適的方式取決于具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景和系統(tǒng)需求。分布式鎖的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要考慮到分布式環(huán)境下的并發(fā)性、可靠性和性能等方面的問題，確保在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)正確的資源互斥訪問。

到此這篇關(guān)于Java中的分布式鎖與同步鎖使用詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)分布式鎖與同步鎖內(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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