在分布式系统中,共享资源互斥访问问题非常普遍,而针对访问共享资源的互斥问题,常用的解决方案就是使用分布式锁
分布式锁需要具备哪些条件
1. 获取锁和释放锁的性能要好
2. 判断是否获得锁必须是原子性的,否则可能导致多个请求都获取到锁
3. 网络中断或宕机无法释放锁时,锁必须被清楚,不然会发生死锁
4. 可重入一个线程中可以多次获取同一把锁,比如一个线程在执行一个带锁的方法,该方法中又调用了另一个需要相同锁的方法,则该线程可以直接执行调用的方法,而无需重新获得锁;
5.阻塞锁和非阻塞锁,阻塞锁即没有获取到锁,则继续等待获取锁;非阻塞锁即没有获取到锁后,不继续等待,直接返回锁失败。
分布式锁实现方式
一、数据库锁
1.基于MySQL锁表
该实现方式完全依靠数据库唯一索引来实现,当想要获得锁时,即向数据库中插入一条记录,释放锁时就删除这条记录。
2.采用乐观锁增加版本号
根据版本号来判断更新之前有没有其他线程更新过,如果被更新过,则获取锁失败。
二、缓存锁
1. 基于setnx、expire两个命令来实现
基于setnx(set if not exist)的特点,当缓存里key不存在时,才会去set,否则直接返回false。如果返回true则获取到锁,否则获取锁失败,为了防止死锁,我们再用expire命令对这个key设置一个超时时间来避免。但是这里看似完美,实则有缺陷,当我们setnx成功后,线程发生异常中断,expire还没来的及设置,那么就会产生死锁。
三、zookeeper分布式锁
zookeeper是一个为分布式应用提供一致性服务的软件,它内部是一个分层的文件系统目录树结构,规定统一个目录下只能有一个唯一文件名。
数据模型:
永久节点:节点创建后,不会因为会话失效而消失
临时节点:与永久节点相反,如果客户端连接失效,则立即删除节点
顺序节点:与上述两个节点特性类似,如果指定创建这类节点时,zk会自动在节点名后加一个数字后缀,并且是有序的。
监视器
当创建一个节点时,可以注册一个该节点的监视器,当节点状态发生改变时,watch被触发时,ZooKeeper将会向客户端发送且仅发送一条通知,因为watch只能被触发一次。
根据zookeeper的这些特性,我们来看看如何利用这些特性来实现分布式锁:
1. 创建一个锁目录lock
2. 希望获得锁的线程A就在lock目录下,创建临时顺序节点
3. 获取锁目录下所有的子节点,然后获取比自己小的兄弟节点,如果不存在,则说明当前线程顺序号最小,获得锁
4. 线程B获取所有节点,判断自己不是最小节点,设置监听(watcher)比自己次小的节点(只关注比自己次小的节点是为了防止发生“羊群效应”)
5. 线程A处理完,删除自己的节点,线程B监听到变更事件,判断自己是最小的节点,获得锁。
几种分布式锁的优缺点
数据库锁:
优点:直接使用数据库,使用简单。
缺点:分布式系统大多数瓶颈都在数据库,使用数据库锁会增加数据库负担。
缓存锁:
优点:性能高,实现起来较为方便,在允许偶发的锁失效情况,不影响系统正常使用,建议采用缓存锁。
缺点:通过锁超时机制不是十分可靠,当线程获得锁后,处理时间过长导致锁超时,就失去了锁的作用。死锁
zookeeper锁:
优点:不依靠超时时间释放锁;可靠性高;系统要求高可靠性时,建议采用zookeeper锁。
缺点:性能比不上缓存锁,因为要频繁的创建节点删除节点。