分布式锁原理篇-Redisson、Zookeeper、Database

目录

1.分布式锁起源

2.分布式锁分类

   2.1 Redisson分布式锁

   2.2 Zookeeper

   2.3 Database实现分布式锁

3. 分布式锁对比

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1.分布式锁起源

在分布式出现之前，一般多线程操作，为了防止高并发产生的问题，使用Synchronize和ReentrantLock等加锁方式解决。因为项目服务采用的是单进程的多线程操作。而如今，集群和微服务化兴起的时代，单进程锁已经无法满足我们的业务需求。于是，也就出现了今天我们要讲到的分布式锁的概念。

对于分布式锁的设计，主要需要满足一下几个点：

• 互斥性。在任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
• 不会发生死锁。即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁。
• 具有容错性。只要大部分的Redis节点正常运行，客户端就可以加锁和解锁。
• 解铃还须系铃人。加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了
   

2.分布式锁分类

分布式锁目前大体可以分为三类：Redisson、Zookeeper、Database

2.1 Redisson分布式锁

说到Redisson，大家应该都不陌生。Redisson是基于Redis内存数据库封装而来的框架。在集成Redis大部分功能的同时，且实现了类似ReentrantLock的锁功能。

原理：Redisson的锁，其实是通过Redis的setnx和del等方法结合lua脚本语言来实现的。其中获取锁和释放锁的流程如下：

加锁代码解读：

使用过程中，我们通过getLock（）方法获取到一个RLock对象，其lock（）方法中实际执行方法是lockInterruptibly()

@Override
public void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
    // 1.尝试获取锁
    Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit);
    // 2.获得锁成功
    if (ttl == null) {
        return;
    }
    // 3.如果没有获得锁，则需等待锁被释放，并通过 Redis 的 channel 订阅锁释放的消息，这里的具体 
    // 实现本文也不深入，只是简单提一下 Redisson 在执行 Redis 命令时提供了同步和异步的两种实 
    // 现，但实际上同步的实现都是基于异步的，具体做法是使用 Netty 中的异步工具 Future 和 
    // FutureListener 结合 JDK 中的 CountDownLatch 一起实现。
    long threadId = Thread.currentThread().getId();
    Future future = subscribe(threadId);
    get(future);

    try {
    //订阅锁的释放消息成功后，进入一个不断重试获取锁的循环，循环中每次都先试着获取锁，并得到已存 
      在的锁的剩余存活时间。
        while (true) {
            // 4.重试获取锁
            ttl = tryAcquire(leaseTime, unit);
            // 5.成功获得锁
            if (ttl == null) {
                break;
            }
            // 6.等待锁释放
            //如果锁当前是被占用的，那么等待释放锁的消息，具体实现使用了 JDK 并发的信号量工具 
            //Semaphore 来阻塞线程，当锁释放并发布释放锁的消息后，信号量的 release() 方法会被 
            //调用，此时被信号量阻塞的等待队列中的一个线程就可以继续尝试获取锁了。
            if (ttl >= 0) {
                getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
            } else {
                getEntry(threadId).getLatch().acquire();
            }
        }
    } finally {
        // 7.取消订阅
        unsubscribe(future, threadId);
    }
}

接着看下另一个核心方法tryAcquire()：

private Long tryAcquire(long leaseTime, TimeUnit unit) {
    // 1.将异步执行的结果以同步的形式返回
    //Redisson 实现的执行 Redis 命令都是异步的，但是它在异步的基础上提供了以同步的方式获得执行结果的封装。
    return get(tryAcquireAsync(leaseTime, unit, Thread.currentThread().getId()));
}

private  Future tryAcquireAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
    if (leaseTime != -1) {
        return tryLockInnerAsync(leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    }

    // 2.用默认的锁超时时间去获取锁
    //分布式锁要确保未来的一段时间内锁一定能够被释放，因此要对锁设置超时释放的时间，在我们没有指 
    //定该时间的情况下，Redisson 默认指定为30秒。
    Future ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(LOCK_EXPIRATION_INTERVAL_SECONDS,
                TimeUnit.SECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    ttlRemainingFuture.addListener(new FutureListener() {

        @Override
        public void operationComplete(Future future) throws Exception {
            if (!future.isSuccess()) {
                return;
            }
            Long ttlRemaining = future.getNow();
            // 成功获得锁
            if (ttlRemaining == null) {
                // 3.锁过期时间刷新任务调度
                //为了避免业务中对共享资源的操作还未完成，锁就被释放掉了，需要定期（锁失效时间的    
                //三分之一）刷新锁失效的时间，这里 Redisson 使用了 Netty 的 TimerTask、 
                //Timeout 工具来实现该任务调度。
                scheduleExpirationRenewal();
            }
        }

    });
    return ttlRemainingFuture;
}

 Future tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId,
                RedisStrictCommand command) {
    internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
    // 3.使用 EVAL 命令执行 Lua 脚本获取锁
    return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
              "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
                  "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                  "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                  "return nil; " +
              "end; " +
              "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
                  "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                  "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                  "return nil; " +
              "end; " +
              "return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
                Collections.