分布式锁是啥?对比下redis和zk两种分布式锁的优劣?

分布式锁是啥?对比下redis和zk两种分布式锁的优劣?_第1张图片

1、面试题

一般实现分布式锁都有哪些方式?使用redis如何设计分布式锁?使用zk来设计分布式锁可以吗?这两种分布式锁的实现方式哪种效率比较高?

2、面试官心里分析

其实一般问问题,都是这么问的,先问问你zk,然后其实是要过度的zk关联的一些问题里去,比如分布式锁。因为在分布式系统开发中,分布式锁的使用场景还是很常见的。

3、面试题剖析

(1)redis分布式锁

官方叫做RedLock算法,是redis官方支持的分布式锁算法。

这个分布式锁有3个重要的考量点,互斥(只能有一个客户端获取锁),不能死锁,容错(大部分redis节点或者这个锁就可以加可以释放)。

第一个最普通的实现方式,如果就是在redis里创建一个key算加锁。

SET my:lock 随机值 NX PX 30000,这个命令就ok,这个的NX的意思就是只有key不存在的时候才会设置成功,PX 30000的意思是30秒后锁自动释放。别人创建的时候如果发现已经有了就不能加锁了。

释放锁就是删除key,但是一般可以用lua脚本删除,判断value一样才删除:

关于redis如何执行lua脚本,自行百度

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end
为啥要用随机值呢?因为如果某个客户端获取到了锁,但是阻塞了很长时间才执行完,此时可能已经自动释放锁了,此时可能别的客户端已经获取到了这个锁,要是你这个时候直接删除key的话会有问题,所以得用随机值加上面的lua脚本来释放锁。

但是这样是肯定不行的。因为如果是普通的redis单实例,那就是单点故障。或者是redis普通主从,那redis主从异步复制,如果主节点挂了,key还没同步到从节点,此时从节点切换为主节点,别人就会拿到锁。

redis最普通的分布式锁的实现原理.png

第二个问题,RedLock算法

这个场景是假设有一个redis cluster,有5个redis master实例。然后执行如下步骤获取一把锁:

1)获取当前时间戳,单位是毫秒;
2)跟上面类似,轮流尝试在每个master节点上创建锁,过期时间较短,一般就几十毫秒;
3)尝试在大多数节点上建立一个锁,比如5个节点就要求是3个节点(n / 2 +1);
4)客户端计算建立好锁的时间,如果建立锁的时间小于超时时间,就算建立成功了;
5)要是锁建立失败了,那么就依次删除这个锁;
6)只要别人建立了一把分布式锁,你就得不断轮询去尝试获取锁。

RedLock算法.png

(2)zk分布式锁

zk分布式锁,其实可以做的比较简单,就是某个节点尝试创建临时znode,此时创建成功了就获取了这个锁;这个时候别的客户端来创建锁会失败,只能注册个监听器监听这个锁。释放锁就是删除这个znode,一旦释放掉就会通知客户端,然后有一个等待着的客户端就可以再次重新枷锁。

/**
 * ZooKeeperSession
 * @author Administrator
 *
 */
public class ZooKeeperSession {
    
    private static CountDownLatch connectedSemaphore = new CountDownLatch(1);
    
    private ZooKeeper zookeeper;
private CountDownLatch latch;
 
    public ZooKeeperSession() {
        try {
            this.zookeeper = new ZooKeeper(
                    "192.168.31.187:2181,192.168.31.19:2181,192.168.31.227:2181", 
                    50000, 
                    new ZooKeeperWatcher());            
            try {
                connectedSemaphore.await();
            } catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
            System.out.println("ZooKeeper session established......");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    /**
     * 获取分布式锁
     * @param productId
     */
    public Boolean acquireDistributedLock(Long productId) {
        String path = "/product-lock-" + productId;
    
        try {
            zookeeper.create(path, "".getBytes(), 
                    Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
return true;
        } catch (Exception e) {
while(true) {
                try {
Stat stat = zk.exists(path, true); // 相当于是给node注册一个监听器,去看看这个监听器是否存在
if(stat != null) {
this.latch = new CountDownLatch(1);
this.latch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
this.latch = null;
}
zookeeper.create(path, "".getBytes(), 
                        Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
return true;
} catch(Exception e) {
continue;
}
}
// 很不优雅,我呢就是给大家来演示这么一个思路
// 比较通用的,我们公司里我们自己封装的基于zookeeper的分布式锁,我们基于zookeeper的临时顺序节点去实现的,比较优雅的
        }
return true;
    }
    /**
     * 释放掉一个分布式锁
     * @param productId
     */
    public void releaseDistributedLock(Long productId) {
        String path = "/product-lock-" + productId;
        try {
            zookeeper.delete(path, -1); 
            System.out.println("release the lock for product[id=" + productId + "]......");  
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    /**
     * 建立zk session的watcher
     * @author Administrator
     *
     */
    private class ZooKeeperWatcher implements Watcher {
 
        public void process(WatchedEvent event) {
            System.out.println("Receive watched event: " + event.getState());
 
            if(KeeperState.SyncConnected == event.getState()) {
                connectedSemaphore.countDown();
            } 
 
if(this.latch != null) {  
this.latch.countDown();  
}
        }
        
    }
    /**
     * 封装单例的静态内部类
     * @author Administrator
     *
     */
    private static class Singleton {
        
        private static ZooKeeperSession instance;
        
        static {
            instance = new ZooKeeperSession();
        }
        
        public static ZooKeeperSession getInstance() {
            return instance;
        }
        
    }
    /**
     * 获取单例
     * @return
     */
    public static ZooKeeperSession getInstance() {
        return Singleton.getInstance();
    }
    /**
     * 初始化单例的便捷方法
     */
    public static void init() {
        getInstance();
    }
    
}
 


zookeeper的分布式锁原理.png

(3)redis分布式锁和zk分布式锁的对比

redis分布式锁,其实需要自己不断去尝试获取锁,比较消耗性能;

zk分布式锁,获取不到锁,注册个监听器即可,不需要不断主动尝试获取锁,性能开销较小。

另外一点就是,如果是redis获取锁的那个客户端bug了或者挂了,那么只能等待超时时间之后才能释放锁;而zk的话,因为创建的是临时znode,只要客户端挂了,znode就没了,此时就自动释放锁。

redis分布式锁大家每发现好麻烦吗?遍历上锁,计算时间等等。zk的分布式锁语义清晰实现简单。

所以先不分析太多的东西,就说这两点,我个人实践认为zk的分布式锁比redis的分布式锁牢靠、而且模型简单易用。

public class ZooKeeperDistributedLock implements Watcher{
    
    private ZooKeeper zk;
    private String locksRoot= "/locks";
    private String productId;
    private String waitNode;
    private String lockNode;
    private CountDownLatch latch;
    private CountDownLatch connectedLatch = new CountDownLatch(1);
private int sessionTimeout = 30000; 
 
    public ZooKeeperDistributedLock(String productId){
        this.productId = productId;
         try {
       String address = "192.168.31.187:2181,192.168.31.19:2181,192.168.31.227:2181";
            zk = new ZooKeeper(address, sessionTimeout, this);
            connectedLatch.await();
        } catch (IOException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
    }
 
    public void process(WatchedEvent event) {
        if(event.getState()==KeeperState.SyncConnected){
            connectedLatch.countDown();
            return;
        }
 
        if(this.latch != null) {  
            this.latch.countDown(); 
        }
    }
 
    public void acquireDistributedLock() {   
        try {
            if(this.tryLock()){
                return;
            }
            else{
                waitForLock(waitNode, sessionTimeout);
            }
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        } 
}
 
    public boolean tryLock() {
        try {
        // 传入进去的locksRoot + “/” + productId
        // 假设productId代表了一个商品id,比如说1
        // locksRoot = locks
        // /locks/10000000000,/locks/10000000001,/locks/10000000002
            lockNode = zk.create(locksRoot + "/" + productId, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
   
            // 看看刚创建的节点是不是最小的节点
        // locks:10000000000,10000000001,10000000002
            List locks = zk.getChildren(locksRoot, false);
            Collections.sort(locks);
    
            if(lockNode.equals(locksRoot+"/"+ locks.get(0))){
                //如果是最小的节点,则表示取得锁
                return true;
            }
    
            //如果不是最小的节点,找到比自己小1的节点
      int previousLockIndex = -1;
            for(int i = 0; i < locks.size(); i++) {
        if(lockNode.equals(locksRoot + “/” + locks.get(i))) {
                    previousLockIndex = i - 1;
            break;
        }
       }
       
       this.waitNode = locks.get(previousLockIndex);
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
        return false;
    }
     
    private boolean waitForLock(String waitNode, long waitTime) throws InterruptedException, KeeperException {
        Stat stat = zk.exists(locksRoot + "/" + waitNode, true);
        if(stat != null){
            this.latch = new CountDownLatch(1);
            this.latch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);                 this.latch = null;
        }
        return true;
}
 
    public void unlock() {
        try {
        // 删除/locks/10000000000节点
        // 删除/locks/10000000001节点
            System.out.println("unlock " + lockNode);
            zk.delete(lockNode,-1);
            lockNode = null;
            zk.close();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        }
}
 
    public class LockException extends RuntimeException {
        private static final long serialVersionUID = 1L;
        public LockException(String e){
            super(e);
        }
        public LockException(Exception e){
            super(e);
        }
}
 
// 如果有一把锁,被多个人给竞争,此时多个人会排队,第一个拿到锁的人会执行,然后释放锁,后面的每个人都会去监听排在自己前面的那个人创建的node上,一旦某个人释放了锁,排在自己后面的人就会被zookeeper给通知,一旦被通知了之后,就ok了,自己就获取到了锁,就可以执行代码了
 
}  
文集:https://www.jianshu.com/nb/32293473
--------------------- 
作者:寒夕若梦 
来源:CSDN 
原文:https://blog.csdn.net/A_BlackMoon/article/details/85834810 
版权声明:本文为博主原创文章,转载请附上博文链接!

package com.anji.allways.business.inf.service.impl;

import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;

import java.io.IOException;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ZooKeeperDistributedLock implements Watcher {

    private ZooKeeper zk;
    private String locksRoot= "/locks";
    private String productId;
    private String waitNode;
    private String lockNode;
    private CountDownLatch latch;
    private CountDownLatch connectedLatch = new CountDownLatch(1);
    private int sessionTimeout = 30000;

    public ZooKeeperDistributedLock(String productId){
        this.productId = productId;
        try {
            String address = "192.168.31.187:2181,192.168.31.19:2181,192.168.31.227:2181";
            zk = new ZooKeeper(address, sessionTimeout, this);
            connectedLatch.await();
        } catch (IOException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
    }

    @Autowired
    public void process(WatchedEvent event) {
        if(event.getState()== Event.KeeperState.SyncConnected){
            connectedLatch.countDown();
            return;
        }

        if(this.latch != null) {
            this.latch.countDown();
        }
    }

    public void acquireDistributedLock() {
        try {
            if(this.tryLock()){
                return;
            }
            else{
                waitForLock(waitNode, sessionTimeout);
            }
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
    }

    public boolean tryLock() {
        try {
            // 传入进去的locksRoot + “/” + productId
            // 假设productId代表了一个商品id,比如说1
            // locksRoot = locks
            // /locks/10000000000,/locks/10000000001,/locks/10000000002
            lockNode = zk.create(locksRoot + "/" + productId, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

            // 看看刚创建的节点是不是最小的节点
            // locks:10000000000,10000000001,10000000002
            List locks = zk.getChildren(locksRoot, false);
            Collections.sort(locks);

            if(lockNode.equals(locksRoot+"/"+ locks.get(0))){
                //如果是最小的节点,则表示取得锁
                return true;
            }

            //如果不是最小的节点,找到比自己小1的节点
            int previousLockIndex = -1;
            for(int i = 0; i < locks.size(); i++) {
                if(lockNode.equals(locksRoot + "/" + locks.get(i))) {
                    previousLockIndex = i - 1;
                    break;
                }
            }

            this.waitNode = locks.get(previousLockIndex);
        } catch (KeeperException e) {
            throw new LockException(e);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new LockException(e);
        }
        return false;
    }

    private boolean waitForLock(String waitNode, long waitTime) throws InterruptedException, KeeperException {
        Stat stat = zk.exists(locksRoot + "/" + waitNode, true);
        if(stat != null){
            this.latch = new CountDownLatch(1);
            this.latch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);                 this.latch = null;
        }
        return true;
    }

    public void unlock() {
        try {
            // 删除/locks/10000000000节点
            // 删除/locks/10000000001节点
            System.out.println("unlock " + lockNode);
            zk.delete(lockNode,-1);
            lockNode = null;
            zk.close();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (KeeperException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    public class LockException extends RuntimeException {
        private static final long serialVersionUID = 1L;
        public LockException(String e){
            super(e);
        }
        public LockException(Exception e){
            super(e);
        }
    }

 

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