1、什么是锁
场景描述
锁在JAVA中是一个非常重要的概念,尤其是在当今的互联网时代,高并发的场景,更是离不开锁。那么锁到底是什么呢?在计算机科学中,锁(lock)或互斥(mutex)是一种同步机制,用于在有许多执行线程的环境中强制对资源的访问限制。锁旨在强制实施互斥排他、并发控制策略。咱们举一个生活中的例子:大家都去过超市买东西,如果你随身带了包呢,要放到储物柜里。咱们把这个例子再极端一下,假如柜子只有一个,现在同时来了3个人A,B,C都要往这个柜子里放东西。这个场景就构造了一个多线程,多线程自然离不开锁。如下图所示:
A,B,C都要往柜子里放东西,可是柜子只能放一件东西,那怎么办呢?这个时候就引出了锁的概念,3个人谁抢到了柜子的锁,谁就可以使用这个柜子,其他人只能等待。比如:C抢到了锁,C可以使用这个柜子。A和B只能等待,等C使用完了,释放锁以后,A和B再争抢锁,谁抢到了,再继续使用柜子。
代码实例
我们再将上面的场景反映到程序中,首先创建一个柜子的类:
public class Cabinet {
//柜子中存储的数字
private int storeNumber;
public void setStoreNumber(int storeNumber){
this.storeNumber = storeNumber;
}
public int getStoreNumber(){
return this.storeNumber;
}
}
柜子中存储的是数字。
然后我们将3个用户抽象成一个类:
public class User {
//柜子
private Cabinet cabinet;
//存储的数字
private int storeNumber;
public User(Cabinet cabinet,int storeNumber){
this.cabinet = cabinet;
this.storeNumber = storeNumber;
}
//使用柜子
public void useCabinet(){
cabinet.setStoreNumber(storeNumber);
}
}
在用户的构造方法中,需要传入两个参数,一个是要使用的柜子,另一个是要存储的数字。到这里,柜子和用户都已经抽象成了类,接下来我们再写一个启动类,模拟一下3个用户使用柜子的场景:
public class Starter {
public static void main(String[] args){
Cabinet cabinet = new Cabinet();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 3; i++){
final int storeNumber = i;
es.execute(()->{
User user = new User(cabinet,storeNumber);
user.useCabinet();
System.out.println("我是用户"+storeNumber+",我存储的数字是:"+cabinet.getStoreNumber());
});
}
es.shutdown();
}
}
我们仔细看一下这个main函数的过程:
我们运行一下main函数,看看打印的结果是什么?
我是用户0,我存储的数字是:2
我是用户2,我存储的数字是:2
我是用户1,我存储的数字是:2
从结果中我们可以看出,3个用户在柜子中存储的数字都变成了2。我们再次运行程序,结果如下:
我是用户1,我存储的数字是:1
我是用户2,我存储的数字是:1
我是用户0,我存储的数字是:1
这次又变成了1。这是为什么呢?问题就出在user.useCabinet()这个方法上,这是因为柜子这个实例没有加锁的原因,3个用户并行的执行,向柜子中存储他们的数字,虽然是3个用户并行的同时操作,但是在具体赋值时,也是有顺序的,因为变量storeNumber只占有一块内存,storeNumber只存储一个值,存储最后的线程所设置的值。至于哪个线程排在最后,则完全不确定。赋值语句完成后,进入到打印语句,打印语句取storeNumber的值并打印,这时storeNumber存储的是最后一个线程所设置的值,3个线程取到的值是相同的,就像上面打印的结果一样。
那么如何解决这个文体呢?这就引出了我们要讲解的重点内容——锁。我们在赋值语句上加锁,这样当多个线程(本文当中的多个用户)同时赋值时,谁抢到了这把锁,谁才能赋值。这样保证同一时刻只能有一个线程进行赋值操作,避免了之前的混乱的情况。
那个在程序中如何加锁呢?这就要使用JAVA中的一个关键字——synchronized。synchronized分为synchronized方法和synchronized同步代码块。下面我们看一下两者的具体用法:
public synchronized String getTicket(){
return "xxx";
}
我们可以看到getTicket()方法加了锁,当多个线程并发执行的时候,只有获得锁的线程才可以执行,其他线程只能等待。
synchronized (对象锁){
……
}
我们将需要加锁的语句都写在synchronized块内,而在对象锁的位置,需要填写锁的对象,他的含义是,当多个线程并发执行时,只有获得你写的这个对象的锁,才能执行后面的语句,其他的线程只能等待。synchronized块通常的写法是synchronized(this),这个this是当前类的实例,也就是说获得当前这个类的对象的锁,才能执行这个方法,这样写的效果和synchronized方法时一样的。
再回到我们的示例当中,如何解决storeNumber混乱的问题呢?咱们可以在设置storeNumber的方法上加锁,这样保证同时只有一个线程能调用这个方法。如下所示:
public class Cabinet {
//柜子中存储的数字
private int storeNumber;
public synchronized void setStoreNumber(int storeNumber){
this.storeNumber = storeNumber;
}
public int getStoreNumber(){
return this.storeNumber;
}
}
我们在set方法上加了synchronized关键字,这样在存储数字时,就不会并行的执行了,而是哪个用户抢到锁,哪个用户执行存储数字的方法。我们再运行一下main函数,看看运行的结果:
我是用户1,我存储的数字是:1
我是用户2,我存储的数字是:1
我是用户0,我存储的数字是:1
咦?结果还是混乱的,为什么?我们再检查一下代码:
es.execute(()->{
User user = new User(cabinet,storeNumber);
user.useCabinet();
System.out.println("我是用户"+storeNumber+",我存储的数字是:"+cabinet.getStoreNumber());
});
我们可以看到在useCabinet和打印的方法是两个语句,并没有保持原子性,虽然在set方法上加了锁,但是在打印时又存在了一个并发,打印语句是有锁的,但是不能确定哪个线程去执行。所以这里,我们要保证useCabinet和打印的方法的原子性,我们使用synchronized块,但是synchronized块里的对象我们使用谁的?这又是一个问题,user还是cabinet?当然是cabinet,因为每个每个线程都初始化了user,总共有3个user对象了,而cabinet对象只有一个,所以synchronized要用cabinet对象。如下:
synchronized (cabinet){
user.useCabinet();
System.out.println("我是用户"+storeNumber+",我存储的数字是:"+cabinet.getStoreNumber());
}
我们再去运行一下:
我是用户1,我存储的数字是:1
我是用户2,我存储的数字是:2
我是用户0,我存储的数字是:0
由于我们加了synchronized块,保证了存储和取出的原子性,这样用户存储的数字和取出的数字就对应上了,不会造成混乱。
最后我们通过一张图说明一下上面的整体情况:
如上图所示,线程A,线程B,线程C同时调用cabinet类的setStoreNumber方法,线程B获得了锁,所以线程B可以执行setStoreNumber的方法,线程A和线程C只能等待。
2、Java中单体应用锁的局限性&分布式锁
前面内容中讲到的锁都是由JDK官方提供的锁的解决方案,也就是说这些锁只能在一个JVM进程内有效,我们把这种锁叫做单体应用锁。但是,在互联网告诉发展的今天,单体应用锁能够满足我们的需求吗?
互联网系统架构的演进
在互联网系统发展之初,系统比较简单,消耗资源小,用户访问量也比较少,我们只部署一个Tomcat应用就可以满足需求。系统架构图如下:
一个Tomcat可以看做是一个JVM进程,当大量的请求并发到达系统时,所有的请求都落在这唯一的一个Tomcat上,如果某些请求方法是需要加锁的,比如:秒杀扣减库存,是可以满足需求的,这和我们前面章节所讲的内容是一样的。但是随着访问量的增加,导致一个Tomcat难以支撑,这时我们就要集群部署Tomcat,使用多个Tomcat共同支撑整个系统。系统架构图如下:
上图中,我们部署了两个Tomcat,共同支撑系统。当一个请求到达系统时,首先会经过Nginx,Nginx主要是做负载转发的,它会根据自己配置的负载均衡策略将请求转发到其中一个Tomcat中。当大量的请求并发访问时,两个Tomcat共同承担所有的访问量,这时,我们同样在秒杀扣减库存的场景中,使用单体应用锁还能满足要求吗?
单体应用锁的局限性
如上图所示,在整个系统架构中,存在两个Tomcat,每个Tomcat是一个JVM。在进行秒杀业务的时候,由于大家都在抢购秒杀商品,大量的请求同时到达系统,通过Nginx分发到两个Tomcat上。我们通过一个极端的案例场景,可以更好地理解单体应用的局限性。假如,秒杀商品的数量只有1个,这时,这些大量的请求当中,只有一个请求可以成功的抢到这个商品,这就需要在扣减库存的方法上加锁,扣减库存的动作只能一个一个去执行,而不能同时去执行,如果同时执行,这1个商品可能同时被多个人抢到,从而产生超卖现象。加锁之后,扣减库存的动作一个一个去执行,凡是将库存扣减为负数的,都抛出异常,提示该用户没有抢到商品。通过加锁看似解决了秒杀的问题,但是事实真的是这样吗?
我们看到系统中存在两个Tomcat,我们加的锁是JDK官方提供的锁,这种锁只能在一个JVM下起作用,也就是在一个Tomcat内是没问题的。当存在两个或两个以上的Tomcat时,大量的并发请求分散到不同的Tomcat上,在每一个Tomcat中都可以防止并发的产生,但是在多个Tomcat之间,每个Tomcat中获得的这个请求,又产生了并发,从而产生超卖现象。这也就是单体应用锁的局限性,它只能在一个JVM内加锁,而不能从这个应用层面去加锁。
那么这个问题如何解决呢?这就需要使用分布式锁了,在整个应用层面去加锁。什么是分布式锁呢?我们怎么去使用分布式锁呢?
什么是分布式锁
在说分布式锁之前,我们看一下单体应用锁的特点,单体应用锁是在一个JVM进程内有效,无法跨JVM、跨进程。那么分布式锁的定义就出来了,分布式锁就是可以跨越多个JVM、跨越多个进程的锁,这种锁就叫做分布式锁。
分布式锁的设计思路
在上图中,由于Tomcat是由Java启动的,所以每个Tomcat可以看出一个JVM,JVM内部的锁是无法跨越多个进程的。所以,我们要实现分布式锁,我们只能在这些JVM之外去寻找,通过其他的组件来实现分布式锁。系统架构如下图所示:
两个Tomcat通过第三方的组件实现跨JVM、跨进程的分布式锁。这就是分布式锁的解决思路,找到所有JVM可以共同访问的第三方组件,通过第三方组件实现分布式锁。
目前存在的分布式的解决方案
分布式锁都是通过第三方组件来实现的,目前比较流行的分布式锁的解决方案有:
3、Java中锁的解决方案
乐观锁与悲观锁
乐观锁与悲观锁应该是每个开发人员最先接触的两种锁。小编最早接触的就是这两种锁,但是不是在Java中接触的,而是在数据库当中。当时的应用场景主要是在更新数据的时候,更新数据这个场景也是使用锁的非常主要的场景之一。更新数据的主要流程如下:
这个流程看似简单,但是我们用多线程的思维去思考,这也应该算是一种互联网思维吧,就会发现其中隐藏着问题。我们具体看一下:
当然啦,A修改成功与否,要看程序怎么写。咱们抛开程序,从常理考虑,A保存数据的时候,系统要给提示,说“您修改的数据已被其他人修改过,请重新查询确认”。那么我们程序中要怎么实现呢?
上述的流程就是乐观锁的实现方式。在Java中乐观锁并没有确定的方法,或者关键字,他只是一个处理流程、策略。咱们看懂上面的例子之后,再来看看Java中乐观锁。
乐观锁,它是假设一个线程在获取数据的时候不会被其他线程更改数据,就像上面的例子那样,但是在更新数据的时候会校验数据有没有被修改过。它是一种比较交换的机制,简称CAS(Compare And Swap)机制。一旦检测到有冲突产生,也就是上面说到的版本号或者最后更新时间不一致,它是会进行重试,直到没有冲突为止。
乐观锁的机制如图所示:
咱们看一下Java中最常见的i++,咱们思考一个问题,i++它的执行顺序是什么样子的?它是线程安全的吗?当多个线程并发执行i++的时候,会不会有问题?接下来咱们通过程序看一下:
public class Test {
private int i=0;
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
//线程池:50个线程
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(50);
//闭锁
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(5000);
for (int i = 0;i < 5000; i++){
es.execute(()->{
test.i++;
cdl.countDown();
});
}
es.shutdown();
try {
//等待5000个任务执行完成后,打印出执行结果
cdl.await();
System.out.println("执行完成后,i="+test.i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
上面的程序中,我们模拟了50个线程同时执行i++,总共执行5000次,按照常规的理解,得到的结果应该是5000,我们运行一下程序,看看之心结果如何:
执行完成后,i=4975
执行完成后,i=4986
执行完成后,i=4971
这时我们运行3次以后得到的结果,可以看到每次执行的结果都不一样,而且不是5000,这是为什么?这就说明i++并不是一个原子性的操作,在多线程的情况下并不安全。我们把i++的详细执行步骤拆解一下:
这个流程和我们上面讲解的数据库的操作流程是一样的。在多线程的场景下,我们可以想象一下,线程A和线程B同时从内存中取出i的值,假如i的值是1000,然后线程A和线程B再同时执行+1的操作,然后把值再放入内存当中,这时,内存中的值是1001,而我们期望的值是1002,正是这个原因,导致了上面的错误。那么我们如何解决呢?在Java1.5以后,JDK官方提供了大量的原子类,这些类的内部都是基于CAS机制的,也就是使用了乐观锁。我们将上面的程序稍微改造一下,如下:
public class Test {
private AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(50);
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(5000);
for (int i = 0;i < 5000; i++){
es.execute(()->{
test.i.incrementAndGet();
cdl.countDown();
});
}
es.shutdown();
try {
cdl.await();
System.out.println("执行完成后,i="+test.i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我们将变量i的类型改为AtomicInteger,AtomicInteger是一个原子类。我们在之前调用i++的地方改成了i.incrementAndGet(),incrementAndGet()方法采用了CAS机制,也就是说使用了乐观锁。我们再运行一下程序,看看结果如何。
执行完成后,i=5000
执行完成后,i=5000
执行完成后,i=5000
我们同样执行了3次,3次的结果都是5000,符合了我们预期。这个就是乐观锁。我们对乐观锁稍加总结,乐观锁在读取数据的时不做任何限制,而是在更新数据的时候,进行数据的比较,保证数据的版本一致时再更新数据。根据他的这个特点,可以看出乐观锁适用于读操作多,而写操作少的场景。
悲观锁与乐观锁恰恰相反,悲观锁从读取数据的时候就显式的加锁,直到数据更新完成,释放锁为止。在这期间只能有一个线程去操作,其他的线程只能等待。在java中,悲观锁可以使用synchronized关键字或者ReentrantLock类来实现。还是上面的例子,我们分别使用这两种方式来实现一下。首先是使用synchronized关键字来实现:
public class Test {
private int i=0;
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(50);
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(5000);
for (int i = 0;i < 5000; i++){
es.execute(()->{
//修改部分 开始
synchronized (test){
test.i++;
}
//修改部分 结束
cdl.countDown();
});
}
es.shutdown();
try {
cdl.await();
System.out.println("执行完成后,i="+test.i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我们唯一的改动就是增加了synchronized块,它锁住的对象是test,在所有线程中,谁获得了test对象的锁,谁才能执行i++操作。我们使用了synchronized悲观锁的方式,使得i++线程安全。我们运行一下,看看结果如何。
执行完成后,i=5000
执行完成后,i=5000
执行完成后,i=5000
我们运行3次,结构都是5000,符合预期。接下来,我们再使用ReentrantLock类来实现悲观锁。
public class Test {
//添加了ReentrantLock锁
Lock lock = new ReentrantLock();
private int i=0;
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(50);
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(5000);
for (int i = 0;i < 5000; i++){
es.execute(()->{
//修改部分 开始
test.lock.lock();
test.i++;
test.lock.unlock();
//修改部分 结束
cdl.countDown();
});
}
es.shutdown();
try {
cdl.await();
System.out.println("执行完成后,i="+test.i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我们在类中显式的增加了Lock lock = new ReentrantLock();,而且在i++之前增加了lock.lock(),加锁操作,在i++之后增加了lock.unlock()释放锁的操作。我们同样运行3次,看看结果。
执行完成后,i=5000
执行完成后,i=5000
执行完成后,i=5000
3次运行结果都是5000,完全符合预期。我们再来总结一下悲观锁,悲观锁从读取数据的时候就加了锁,而且在更新数据的时候,保证只有一个线程在执行更新操作,没有像乐观锁那样进行数据版本的比较。所以悲观锁适用于读相对少,写相对多的操作。
公平锁与非公平锁
从名字不难看出,公平锁在多线程情况下,对待每个线程都是公平的;而非公平锁恰好与之相反。从字面上理解还是有些晦涩难懂,我们还是举例说明,场景还是去超市买东西,在储物柜存东西的例子。储物柜只有一个,同时来了3个人使用储物柜,这时A先抢到了柜子,A去使用,B和C自觉进行排队。A使用完以后,后面排队的第一个人将继续使用柜子,这就是公平锁。在公平锁当中,所有的线程都自觉排队,一个线程执行完以后,排在后面的线程继续使用。
非公平锁则不然,A在使用柜子的时候,B和C并不会排队,A使用完以后,将柜子的钥匙往后一抛,B和C谁抢到了谁用,甚至可能突然跑来一个D,这个D抢到了钥匙,那么D将使用柜子,这个就是非公平锁。
公平锁如图所示:
多个线程同时执行方法,线程A抢到了锁,A可以执行方法。其他线程则在队列里进行排队,A执行完方法后,会从队列里取出下一个线程B,再去执行方法。以此类推,对于每一个线程来说都是公平的,不会存在后加入的线程先执行的情况。
非公平锁如下图所示:
多个线程同时执行方法,线程A抢到了锁,A可以执行方法。其他的线程并没有排队,A执行完方法,释放锁后,其他的线程谁抢到了锁,谁去执行方法。会存在后加入的线程,反而先抢到锁的情况。
公平锁与非公平锁都在ReentrantLock类里给出了实现,我们来看一下ReentrantLock的源码:
/**
* Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
* This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
*/
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
/**
* Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
* given fairness policy.
*
* @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
*/
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
ReentrantLock有两个构造方法,默认的构造方法中,sync = new NonfairSync();我们可以从字面意思看出它是一个非公平锁。再看看第二个构造方法,它需要传入一个参数,参数是一个布尔型,true是公平锁,false是非公平锁。从字面的源代码我们可以看出sync有两个实现类,分别是FairSync和NonfairSync,我们再看看获取锁的核心方法,收拾公平锁FairSync的,
@ReservedStackAccess
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
然后是非公平锁NonfairSync的,
@ReservedStackAccess
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
通过对比两个方法,我们可以看出唯一不同之处在于!hasQueuedPredecessors()这个方法,很明显这个方法是一个队列,由此可以推断,公平锁是将所有的线程放在一个队列中,一个线程执行完成后,从队列中取出下一个线程,而非公平锁则没有这个队列。这些都是公平锁与非公平锁底层的实现原理,我们在使用的时候不用追到这么深层次的代码,只需要了解公平锁与非公平锁的含义,并且在调用构造方法时,传入true和false即可。
4、Redisson介绍
Redis有很多Java客户端,我们比较常用的有Jedis,spring-data-redis,lettuce等。今天我们介绍一个非常好用的Redis的Java客户端——Redission。我们先看一下Redis官网中介绍的Java客户端列表:
在这个列表中,我们可以看到Redission的后面有星,说明还是比较受欢迎的。再看看后面的简介,Redission是一个在Redis服务至上的,分布式、可扩展的Java数据结构。我们进入Redission的官网,看看官网是怎么介绍的。
上面一段话看起来有点晦涩难懂,总结起来可以归结为以下几点:
Redission特性
上面我们对Redission有了一个整体的印象,接下来我们来看看它有哪些特点。
支持Redis配置
Redission支持多种Redis配置,无论你的Redis是单点、集群、主从还是哨兵模式,它都是支持的。只需要在Redission的配置文件中,增加相应的配置就可以了。
支持的Java实体
Redission支持多种Java实体,使其具有分布式的特性。我们比较常用的有:AtomicLong(原子Long)、AtomicDouble(原子Double)、PublishSubscribe(发布订阅)等。
Java分布式锁与同步器
Redission支持Java并发包中的多种锁,比如:Lock(可重入锁)、FairLock(公平锁)、MultiLock(联锁)、RedLock(红锁)、ReadWriteLock(读写锁)、Semaphore(信号量)、CountDownLatch(闭锁)等。我们注意到这些都是Java并发包中的类,Redission借助于Redis又重新实现了一套,使其具有分布式的特点。以后我们在使用Redission中的这些类的时候,可以跨进程跨JVM去使用。
分布式Java集合
Redission对Java的集合也进行了封装,使其具有分布式的特性。如:Map、Set、List、Queue、Deque、BlockingQueue等。以后我们就可以在分布式的环境中使用这些集合了。
与Spring框架整合
Redission可以与Spring大家族中的很多框架进行整合,其中包括:Spring基础框架、Spring Cache、Spring Session、Spring Data Redis、Spring Boot等。在项目中我们可以轻松的与这些框架整合,通过简单的配置就可以实现项目的需求。
5、实战解决电商超卖问题
Synchronized在方法上加锁,由于事务提交是交由spring管理,在锁释放后,该线程所在的事务有可能未提交,MySQL innodb的默认隔离级别是RR,这就会导致下一个事务并不能及时获取到更新后的值,从而导致超卖。解决方案是手动提交事务,并且提交事务的操作必须在锁的控制方法内。
import com.lvxiaosha.distributeDemo.dao.OrderItemMapper;
import com.lvxiaosha.distributeDemo.dao.OrderMapper;
import com.lvxiaosha.distributeDemo.dao.ProductMapper;
import com.lvxiaosha.distributeDemo.model.Order;
import com.lvxiaosha.distributeDemo.model.OrderItem;
import com.lvxiaosha.distributeDemo.model.Product;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager;
import org.springframework.transaction.TransactionDefinition;
import org.springframework.transaction.TransactionStatus;
import javax.annotation.Resource;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Service
@Slf4j
public class OrderService {
@Resource
private OrderMapper orderMapper;
@Resource
private OrderItemMapper orderItemMapper;
@Resource
private ProductMapper productMapper;
//购买商品id
private int purchaseProductId = 100100;
//购买商品数量
private int purchaseProductNum = 1;
@Autowired
private PlatformTransactionManager platformTransactionManager;
@Autowired
private TransactionDefinition transactionDefinition;
private Lock lock = new ReentrantLock();
// @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public Integer createOrder() throws Exception{
Product product = null;
lock.lock();
try {
TransactionStatus transaction1 = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
if (product==null){
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
throw new Exception("购买商品:"+purchaseProductId+"不存在");
}
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"库存数:"+currentCount);
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount){
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
throw
new Exception("商品"+purchaseProductId+"仅剩"+currentCount+"件,无法购买");
}
productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum,"xxx",new Date(),product.getId());
platformTransactionManager.commit(transaction1);
}finally {
lock.unlock();
}
TransactionStatus transaction = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
Order order = new Order();
order.setOrderAmount(product.getPrice().multiply(new BigDecimal(purchaseProductNum)));
order.setOrderStatus(1);//待处理
order.setReceiverName("xxx");
order.setReceiverMobile("13311112222");
order.setCreateTime(new Date());
order.setCreateUser("xxx");
order.setUpdateTime(new Date());
order.setUpdateUser("xxx");
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
orderItem.setOrderId(order.getId());
orderItem.setProductId(product.getId());
orderItem.setPurchasePrice(product.getPrice());
orderItem.setPurchaseNum(purchaseProductNum);
orderItem.setCreateUser("xxx");
orderItem.setCreateTime(new Date());
orderItem.setUpdateTime(new Date());
orderItem.setUpdateUser("xxx");
orderItemMapper.insertSelective(orderItem);
platformTransactionManager.commit(transaction);
return order.getId();
}
}
数据库表设计:
/*
Navicat MySQL Data Transfer
Source Server : 本地数据库
Source Server Version : 80014
Source Host : localhost:3306
Source Database : distribute
Target Server Type : MYSQL
Target Server Version : 80014
File Encoding : 65001
Date: 2020-07-21 14:09:14
*/
SET FOREIGN_KEY_CHECKS=0;
-- ----------------------------
-- Table structure for distribute_lock
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `distribute_lock`;
CREATE TABLE `distribute_lock` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`business_code` varchar(255) NOT NULL,
`business_name` varchar(255) NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;
-- ----------------------------
-- Records of distribute_lock
-- ----------------------------
INSERT INTO `distribute_lock` VALUES ('1', 'demo', 'demo演示');
-- ----------------------------
-- Table structure for order
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `order`;
CREATE TABLE `order` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`order_status` int(1) NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '订单状态 1:待支付;',
`receiver_name` varchar(255) NOT NULL COMMENT '收货人姓名',
`receiver_mobile` varchar(11) NOT NULL COMMENT '收货人手机号',
`order_amount` decimal(11,2) NOT NULL COMMENT '订单金额',
`create_time` time NOT NULL COMMENT '创建时间',
`create_user` varchar(255) NOT NULL COMMENT '创建人',
`update_time` time NOT NULL COMMENT '更新时间',
`update_user` varchar(255) NOT NULL COMMENT '更新人',
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=46 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;
-- ----------------------------
-- Records of order
-- ----------------------------
INSERT INTO `order` VALUES ('35', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '16:53:27', 'xxx', '16:53:27', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('36', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '16:53:27', 'xxx', '16:53:27', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('37', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '16:56:14', 'xxx', '16:56:14', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('38', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '16:56:14', 'xxx', '16:56:14', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('39', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '17:06:10', 'xxx', '17:06:10', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('40', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '17:09:49', 'xxx', '17:09:49', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('41', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '17:11:07', 'xxx', '17:11:07', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('42', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '17:11:07', 'xxx', '17:11:07', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('43', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '17:12:53', 'xxx', '17:12:53', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('44', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '17:40:24', 'xxx', '17:40:24', 'xxx');
INSERT INTO `order` VALUES ('45', '1', 'xxx', '13311112222', '5.00', '18:03:06', 'xxx', '18:03:06', 'xxx');
-- ----------------------------
-- Table structure for order_item
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `order_item`;
CREATE TABLE `order_item` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`order_id` int(11) NOT NULL COMMENT '订单id',
`product_id` int(11) NOT NULL COMMENT '商品数量',
`purchase_price` decimal(11,2) NOT NULL COMMENT '购买金额',
`purchase_num` int(3) NOT NULL COMMENT '购买数量',
`create_time` time NOT NULL COMMENT '创建时间',
`create_user` varchar(255) NOT NULL COMMENT '创建人',
`update_time` time NOT NULL COMMENT '更新时间',
`update_user` varchar(255) NOT NULL COMMENT '更新人',
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=46 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;
-- ----------------------------
-- Records of order_item
-- ----------------------------
INSERT INTO `order_item` VALUES ('35', '35', '100100', '5.00', '1', '16:53:27', 'xxx', '16:53:27', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('36', '36', '100100', '5.00', '1', '16:53:27', 'xxx', '16:53:27', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('37', '37', '100100', '5.00', '1', '16:56:14', 'xxx', '16:56:14', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('38', '38', '100100', '5.00', '1', '16:56:14', 'xxx', '16:56:14', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('39', '39', '100100', '5.00', '1', '17:06:10', 'xxx', '17:06:10', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('40', '40', '100100', '5.00', '1', '17:09:49', 'xxx', '17:09:49', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('41', '41', '100100', '5.00', '1', '17:11:07', 'xxx', '17:11:07', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('42', '42', '100100', '5.00', '1', '17:11:07', 'xxx', '17:11:07', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('43', '43', '100100', '5.00', '1', '17:12:53', 'xxx', '17:12:53', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('44', '44', '100100', '5.00', '1', '17:40:24', 'xxx', '17:40:24', 'xxx');
INSERT INTO `order_item` VALUES ('45', '45', '100100', '5.00', '1', '18:03:06', 'xxx', '18:03:06', 'xxx');
-- ----------------------------
-- Table structure for product
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `product`;
CREATE TABLE `product` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`product_name` varchar(255) NOT NULL COMMENT '商品名称',
`price` decimal(11,2) NOT NULL COMMENT '商品金额',
`count` int(5) NOT NULL COMMENT '数量',
`product_desc` varchar(255) NOT NULL COMMENT '商品描述',
`create_time` time NOT NULL COMMENT '创建时间',
`create_user` varchar(255) NOT NULL COMMENT '创建人',
`update_time` time NOT NULL COMMENT '更新时间',
`update_user` varchar(255) NOT NULL COMMENT '更新人',
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=100101 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;
-- ----------------------------
-- Records of product
-- ----------------------------
INSERT INTO `product` VALUES ('100100', '测试商品', '5.00', '1', '测试商品', '11:01:57', 'xxx', '18:03:06', 'xxx');
详细代码请见github地址:https://github.com/lvdapiaoliang/996-dev/tree/master/all-learning/DistributeLock/Distribute-demo
6、基于数据库的分布式锁
import com.lvxiaosha.distributeLock.dao.DistributeLockMapper;
import com.lvxiaosha.distributeLock.model.DistributeLock;
import com.lvxiaosha.distributeLock.model.DistributeLockExample;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@RestController
@Slf4j
public class DemoController {
@Resource
private DistributeLockMapper distributeLockMapper;
@RequestMapping("singleLock")
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public String singleLock() throws Exception {
log.info("我进入了方法!");
DistributeLock distributeLock = distributeLockMapper.selectDistributeLock("demo");
if (distributeLock==null) throw new Exception("分布式锁找不到");
log.info("我进入了锁!");
try {
Thread.sleep(20000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return "我已经执行完成!";
}
}
DistributeLock selectDistributeLock(@Param("businessCode") String businessCode);
7、基于Redis的分布式锁
Coding演示:
Redis的安装配置请参考我的另外一篇文章:
1.2 redis7.0.4安装与配置开机自启动_Iamlvxiaosha的博客-CSDN博客
org.springframework.boot
spring-boot-starter-data-redis
spring.redis.host=192.168.110.130
import com.lvxiaosha.distributeLock.lock.RedisLock;
import com.lvxiaosha.distributeLock.lock.ZkLock;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
@Slf4j
public class RedisLockController {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
@RequestMapping("redisLock")
public String redisLock(){
log.info("我进入了方法!");
try (RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate,"redisKey",30)){
if (redisLock.getLock()) {
log.info("我进入了锁!!");
Thread.sleep(15000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
log.info("方法执行完成");
return "方法执行完成";
}
}
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisStringCommands;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.RedisScript;
import org.springframework.data.redis.core.types.Expiration;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
@Slf4j
public class RedisLock implements AutoCloseable {
private RedisTemplate redisTemplate;
private String key;
private String value;
//单位:秒
private int expireTime;
public RedisLock(RedisTemplate redisTemplate,String key,int expireTime){
this.redisTemplate = redisTemplate;
this.key = key;
this.expireTime=expireTime;
this.value = UUID.randomUUID().toString();
}
/**
* 获取分布式锁
* @return
*/
public boolean getLock(){
RedisCallback redisCallback = connection -> {
//设置NX
RedisStringCommands.SetOption setOption = RedisStringCommands.SetOption.ifAbsent();
//设置过期时间
Expiration expiration = Expiration.seconds(expireTime);
//序列化key
byte[] redisKey = redisTemplate.getKeySerializer().serialize(key);
//序列化value
byte[] redisValue = redisTemplate.getValueSerializer().serialize(value);
//执行setnx操作
Boolean result = connection.set(redisKey, redisValue, expiration, setOption);
return result;
};
//获取分布式锁
Boolean lock = (Boolean)redisTemplate.execute(redisCallback);
return lock;
}
public boolean unLock() {
String script = "if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] then\n" +
" return redis.call(\"del\",KEYS[1])\n" +
"else\n" +
" return 0\n" +
"end";
RedisScript redisScript = RedisScript.of(script,Boolean.class);
List keys = Arrays.asList(key);
Boolean result = (Boolean)redisTemplate.execute(redisScript, keys, value);
log.info("释放锁的结果:"+result);
return result;
}
@Override
public void close() throws Exception {
unLock();
}
}
8、基于Zookeeper与curator的分布式锁
Zookeeper的下载与安装请参考我的另外一篇文章:
1、Kafka急速入门_Iamlvxiaosha的博客-CSDN博客
运行Zookeeper,在Zookeeper里面创建lock节点:
基于 zookeeper的瞬时有序节点 和 zookeeper的观察器实现
持久节点:会话消失不会持久节点不会消失
瞬时节点: 连接zookeeper会话中断或者zookeeer关闭,那么瞬时节点就会消失;
瞬时节点不能有子节点
瞬时节点是有序的: 名称可排序
观察器: 监测节点发生的变化,并通知客户端
可以检测 getData()获取数据方法, getChildren()获取子节点方法,exists()判断当前节点是否存在
节点数据发生变化,发送给客户端
观察器只能监控一次,再监控需要重新设置(新版zookeeper可以解决这个缺点)
实现原理:
Zookeeper不像Redis那样,并发请求进来的时候会形成队列,zookeeper会并发的创建瞬时节点,这些节点可能是在同一时间创建的,但是这个节点会是有序的
这时我们可以规定,序号最小的线程获得 锁,其他瞬时节点的线程处于等待状态
其他线程监听自己序号的前一个序号,
当前一个线程执行完成,则删除自己序号节点,这时观察器会监测到节点发生变化,那么就会发送通知,则下一个线程就获得锁继续执行
org.apache.zookeeper
zookeeper
3.8.0
org.apache.curator
curator-recipes
5.3.0
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.zookeeper.*;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import java.io.IOException;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
@Slf4j
public class ZkLock implements AutoCloseable, Watcher {
private ZooKeeper zooKeeper;
private String znode;
public ZkLock() throws IOException {
this.zooKeeper = new ZooKeeper("http://192.168.110.1130:2181",
10000,this);
}
public boolean getLock(String businessCode) {
try {
//创建业务 根节点
Stat stat = zooKeeper.exists("/" + businessCode, false);
if (stat==null){
zooKeeper.create("/" + businessCode,businessCode.getBytes(),
ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.PERSISTENT);
}
//创建瞬时有序节点 /order/order_00000001
znode = zooKeeper.create("/" + businessCode + "/" + businessCode + "_", businessCode.getBytes(),
ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
//获取业务节点下 所有的子节点
List childrenNodes = zooKeeper.getChildren("/" + businessCode, false);
//子节点排序
Collections.sort(childrenNodes);
//获取序号最小的(第一个)子节点
String firstNode = childrenNodes.get(0);
//如果创建的节点是第一个子节点,则获得锁
if (znode.endsWith(firstNode)){
return true;
}
//不是第一个子节点,则监听前一个节点
String lastNode = firstNode;
for (String node:childrenNodes){
if (znode.endsWith(node)){
zooKeeper.exists("/"+businessCode+"/"+lastNode,true);
break;
}else {
lastNode = node;
}
}
synchronized (this){
wait();
}
return true;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return false;
}
@Override
public void close() throws Exception {
zooKeeper.delete(znode,-1);
zooKeeper.close();
log.info("我已经释放了锁!");
}
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
synchronized (this){
notify();
}
}
}
}
import com.lvxiaosha.distributezklock.lock.ZkLock;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@RestController
@Slf4j
public class ZookeeperController {
@Autowired
private CuratorFramework client;
@RequestMapping("zkLock")
public String zookeeperLock(){
log.info("我进入了方法!");
try (ZkLock zkLock = new ZkLock()) {
if (zkLock.getLock("order")){
log.info("我获得了锁");
Thread.sleep(10000);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
log.info("方法执行完成!");
return "方法执行完成!";
}
@RequestMapping("curatorLock")
public String curatorLock(){
log.info("我进入了方法!");
InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client, "/order");
try{
if (lock.acquire(30, TimeUnit.SECONDS)){
log.info("我获得了锁!!");
Thread.sleep(10000);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
try {
log.info("我释放了锁!!");
lock.release();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.info("方法执行完成!");
return "方法执行完成!";
}
}
import com.lvxiaosha.distributezklock.lock.ZkLock;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.curator.RetryPolicy;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.framework.recipes.locks.InterProcessMutex;
import org.apache.curator.retry.ExponentialBackoffRetry;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@Slf4j
public class DistributeZkLockApplicationTests {
@Test
public void contextLoads() {
}
@Test
public void testZkLock() throws Exception {
ZkLock zkLock = new ZkLock();
boolean lock = zkLock.getLock("order");
log.info("获得锁的结果:"+lock);
zkLock.close();
}
@Test
public void testCuratorLock(){
RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("localhost:2181", retryPolicy);
client.start();
InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client, "/order");
try {
if ( lock.acquire(30, TimeUnit.SECONDS) ) {
try {
log.info("我获得了锁!!!");
}
finally {
lock.release();
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
client.close();
}
}
注:比较推荐curator的分布式锁实现方法,实现更简单。
9、基于Redisson实现分布式锁
maven依赖引入:
org.redisson
redisson-spring-boot-starter
3.17.6
修改application.properties配置文件,添加Redis配置:
spring.redis.host=192.168.110.130
创建RedissonLockController:
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@RestController
@Slf4j
public class RedissonLockController {
@Autowired
private RedissonClient redisson;
@RequestMapping("redissonLock")
public String redissonLock() {
RLock rLock = redisson.getLock("order");
log.info("我进入了方法!!");
try {
rLock.lock(30, TimeUnit.SECONDS);
log.info("我获得了锁!!!");
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
log.info("我释放了锁!!");
rLock.unlock();
}
log.info("方法执行完成!!");
return "方法执行完成!!";
}
}