Java實現(xiàn)分布式鎖的3種方法總結(jié)

更新時間：2023年09月13日 10:13:16 作者：Java中文社群

分布式鎖是一種用于保證分布式系統(tǒng)中多個進程或線程同步訪問共享資源的技術(shù),同時它又是面試中的常見問題,所以我們本文就重點來看分布式鎖的具體實現(xiàn),希望對大家有所幫助

在分布式系統(tǒng)中，由于各個節(jié)點之間的網(wǎng)絡通信延遲、故障等原因，可能會導致數(shù)據(jù)不一致的問題。分布式鎖通過協(xié)調(diào)多個節(jié)點的行為，保證在任何時刻只有一個節(jié)點可以訪問共享資源，以避免數(shù)據(jù)的不一致性和沖突。

1.分布式鎖要求

分布式鎖通常需要滿足以下幾個要求：

互斥性：在任意時刻只能有一個客戶端持有鎖。
不會發(fā)生死鎖：即使持有鎖的客戶端發(fā)生故障，也能保證鎖最終會被釋放。
具有容錯性：分布式鎖需要能夠容忍節(jié)點故障等異常情況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.實現(xiàn)方案

在 Java 中，實現(xiàn)分布式鎖的方案有多種，包括：

基于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的分布式鎖：可以通過數(shù)據(jù)庫的樂觀鎖或悲觀鎖實現(xiàn)分布式鎖，但是由于數(shù)據(jù)庫的 IO 操作比較慢，不適合高并發(fā)場景。
基于 ZooKeeper 實現(xiàn)的分布式鎖：ZooKeeper 是一個高可用性的分布式協(xié)調(diào)服務，可以通過它來實現(xiàn)分布式鎖。但是使用 ZooKeeper 需要部署額外的服務，增加了系統(tǒng)復雜度。
基于 Redis 實現(xiàn)的分布式鎖：Redis 是一個高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，支持分布式部署，可以通過Redis的原子操作實現(xiàn)分布式鎖，而且具有高性能和高可用性。

3.數(shù)據(jù)庫分布式鎖

數(shù)據(jù)庫的樂觀鎖或悲觀鎖都可以實現(xiàn)分布式鎖，下面分別來看。

3.1 悲觀鎖

在數(shù)據(jù)庫中使用 for update 關鍵字可以實現(xiàn)悲觀鎖，我們在 Mapper 中添加 for update 即可對數(shù)據(jù)加鎖，實現(xiàn)代碼如下：

<!--?UserMapper.xml?-->
<select?id="selectByIdForUpdate"?resultType="User">
????SELECT?*?FROM?user?WHERE?id?=?#{id}?FOR?UPDATE
</select>

在 Service 中調(diào)用 Mapper 方法，即可獲取到加鎖的數(shù)據(jù)：

@Transactional
public?void?updateWithPessimisticLock(int?id,?String?name)?{
????User?user?=?userMapper.selectByIdForUpdate(id);
????if?(user?!=?null)?{
????????user.setName(name);
????????userMapper.update(user);
????}?else?{
????????throw?new?RuntimeException("數(shù)據(jù)不存在");
????}
}

3.2 樂觀鎖

在 MyBatis 中，可以通過給表添加一個版本號字段來實現(xiàn)樂觀鎖。在 Mapper 中，使用標簽定義更新語句，同時使用 set 標簽設置版本號的增量。

<!--?UserMapper.xml?-->
<update?id="updateWithOptimisticLock">
????UPDATE?user?SET
????name?=?#{name},
????version?=?version?+?1
????WHERE?id?=?#{id}?AND?version?=?#{version}
</update>

在 Service 中調(diào)用 Mapper 方法，需要傳入更新數(shù)據(jù)的版本號。如果更新失敗，說明數(shù)據(jù)已經(jīng)被其他事務修改，具體實現(xiàn)代碼如下：

@Transactional
public?void?updateWithOptimisticLock(int?id,?String?name,?int?version)?{
????User?user?=?userMapper.selectById(id);
????if?(user?!=?null)?{
????????user.setName(name);
????????user.setVersion(version);
????????int?rows?=?userMapper.updateWithOptimisticLock(user);
????????if?(rows?==?0)?{
????????????throw?new?RuntimeException("數(shù)據(jù)已被其他事務修改");
????????}
????}?else?{
????????throw?new?RuntimeException("數(shù)據(jù)不存在");
????}
}

4.Zookeeper 分布式鎖

在 Spring Boot 中，可以使用 Curator 框架來實現(xiàn) ZooKeeper 分布式鎖，具體實現(xiàn)分為以下 3 步：

引入 Curator 和 ZooKeeper 客戶端依賴；
配置 ZooKeeper 連接信息；
編寫分布式鎖實現(xiàn)類。

4.1 引入 Curator 和 ZooKeeper

<dependency>
????<groupId>org.apache.curator</groupId>
????<artifactId>curator-framework</artifactId>
????<version>latest</version>
</dependency>
<dependency>
????<groupId>org.apache.curator</groupId>
????<artifactId>curator-recipes</artifactId>
????<version>latest</version>
</dependency>
<dependency>
????<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
????<artifactId>zookeeper</artifactId>
????<version>latest</version>
</dependency>

4.2 配置 ZooKeeper 連接

在 application.yml 中添加 ZooKeeper 連接配置：

spring:
??zookeeper:
????connect-string:?localhost:2181
????namespace:?demo

4.3 編寫分布式鎖實現(xiàn)類

@Component
public?class?DistributedLock?{
????@Autowired
????private?CuratorFramework?curatorFramework;
????/**
?????*?獲取分布式鎖
?????*
?????*?@param?lockPath???鎖路徑
?????*?@param?waitTime???等待時間
?????*?@param?leaseTime??鎖持有時間
?????*?@param?timeUnit???時間單位
?????*?@return?鎖對象
?????*?@throws?Exception?獲取鎖異常
?????*/
????public?InterProcessMutex?acquire(String?lockPath,?long?waitTime,?long?leaseTime,?TimeUnit?timeUnit)?throws?Exception?{
????????InterProcessMutex?lock?=?new?InterProcessMutex(curatorFramework,?lockPath);
????????if?(!lock.acquire(waitTime,?timeUnit))?{
????????????throw?new?RuntimeException("獲取分布式鎖失敗");
????????}
????????if?(leaseTime?>?0)?{
????????????lock.acquire(leaseTime,?timeUnit);
????????}
????????return?lock;
????}
????/**
?????*?釋放分布式鎖
?????*
?????*?@param?lock?鎖對象
?????*?@throws?Exception?釋放鎖異常
?????*/
????public?void?release(InterProcessMutex?lock)?throws?Exception?{
????????if?(lock?!=?null)?{
????????????lock.release();
????????}
????}
}

5.Redis 分布式鎖

我們可以使用 Redis 客戶端 Redisson 實現(xiàn)分布式鎖，它的實現(xiàn)步驟如下：

添加 Redisson 依賴
配置 Redisson 連接信息
編寫分布式鎖代碼類

5.1 添加 Redisson 依賴

在 pom.xml 中添加如下配置：

<!--?https://mvnrepository.com/artifact/org.redisson/redisson-spring-boot-starter?-->
<dependency>
????<groupId>org.redisson</groupId>
????<artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
????<version>3.20.0</version>
</dependency>

5.2 配置 Redisson 連接

在 Spring Boot 項目的配置文件 application.yml 中添加 Redisson 配置：

spring:
??data:
????redis:
??????host:?localhost
??????port:?6379
??????database:?0
redisson:
??codec:?org.redisson.codec.JsonJacksonCodec
??single-server-config:
????address:?"redis://${spring.data.redis.host}:${spring.redis.port}"
????database:?"${spring.data.redis.database}"
????password:?"${spring.data.redis.password}"

5.3 編寫分布式鎖代碼類

import?jakarta.annotation.Resource;
import?org.redisson.Redisson;
import?org.redisson.api.RLock;
import?org.springframework.stereotype.Service;
import?java.util.concurrent.TimeUnit;
@Service
public?class?RedissonLockService?{
????@Resource
????private?Redisson?redisson;
????/**
?????*?加鎖
?????*
?????*?@param?key?????分布式鎖的?key
?????*?@param?timeout?超時時間
?????*?@param?unit????時間單位
?????*?@return
?????*/
????public?boolean?tryLock(String?key,?long?timeout,?TimeUnit?unit)?{
????????RLock?lock?=?redisson.getLock(key);
????????try?{
????????????return?lock.tryLock(timeout,?unit);
????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????Thread.currentThread().interrupt();
????????????return?false;
????????}
????}
????/**
?????*?釋放分布式鎖
?????*
?????*?@param?key?分布式鎖的?key
?????*/
????public?void?unlock(String?key)?{
????????RLock?lock?=?redisson.getLock(key);
????????lock.unlock();
????}
}

6.Redis VS Zookeeper

Redis 和 ZooKeeper 都可以用來實現(xiàn)分布式鎖，它們在實現(xiàn)分布式鎖的機制和原理上有所不同，具體區(qū)別如下：

數(shù)據(jù)存儲方式：Redis 將鎖信息存儲在內(nèi)存中，而 ZooKeeper 將鎖信息存儲在 ZooKeeper 的節(jié)點上，因此 ZooKeeper 需要更多的磁盤空間。
鎖的釋放：Redis 的鎖是通過設置鎖的過期時間來自動釋放的，而 ZooKeeper 的鎖需要手動釋放，如果鎖的持有者出現(xiàn)宕機或網(wǎng)絡中斷等情況，需要等待鎖的超時時間才能自動釋放。
鎖的競爭機制：Redis 使用的是單機鎖，即所有請求都直接連接到同一臺 Redis 服務器，容易發(fā)生單點故障；而 ZooKeeper 使用的是分布式鎖，即所有請求都連接到 ZooKeeper 集群，具有較好的可用性和可擴展性。
一致性：Redis 的鎖是非嚴格意義下的分布式鎖，因為在多臺機器上運行多個進程時，由于 Redis 的主從同步可能會存在數(shù)據(jù)不一致的問題；而 ZooKeeper 是強一致性的分布式系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)的一致性。
性能：Redis 的性能比 ZooKeeper 更高，因為 Redis 將鎖信息存儲在內(nèi)存中，而 ZooKeeper 需要進行磁盤讀寫操作。

總之，Redis 適合實現(xiàn)簡單的分布式鎖場景，而 ZooKeeper 適合實現(xiàn)復雜的分布式協(xié)調(diào)場景，也就是 ZooKeeper 適合強一致性的分布式系統(tǒng)。

強一致性是指系統(tǒng)中的所有節(jié)點在任何時刻看到的數(shù)據(jù)都是一致的。ZooKeeper 中的數(shù)據(jù)是有序的樹形結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點都有唯一的路徑標識符，所有節(jié)點都共享同一份數(shù)據(jù)，當任何一個節(jié)點對數(shù)據(jù)進行修改時，所有節(jié)點都會收到通知，更新數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的一致性。在 ZooKeeper 中，強一致性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的讀寫操作上。ZooKeeper 使用 ZAB（ZooKeeper Atomic Broadcast）協(xié)議來保證數(shù)據(jù)的一致性，該協(xié)議確保了數(shù)據(jù)更新的順序，所有的數(shù)據(jù)更新都需要經(jīng)過集群中的大多數(shù)節(jié)點確認，保證了數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。

小結(jié)

在 Java 中，使用數(shù)據(jù)庫、ZooKeeper 和 Redis 都可以實現(xiàn)分布式鎖。但數(shù)據(jù)庫 IO 操作比較慢，不適合高并發(fā)場景；Redis 執(zhí)行效率最高，但在主從切換時，可能會出現(xiàn)鎖丟失的情況；ZooKeeper 是一個高可用性的分布式協(xié)調(diào)服務，可以保證數(shù)據(jù)的強一致性，但是使用 ZooKeeper 需要部署額外的服務，增加了系統(tǒng)復雜度。所以沒有最好的解決方案，只有最合適自己的解決方案。

以上就是Java實現(xiàn)分布式鎖的3種方法總結(jié)的詳細內(nèi)容，更多關于Java分布式鎖的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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