Linux下的分布式锁

一：什么是分布式锁

1、定义

        在分布式系统中，一个应用部署在多台机器当中，在某些场景 下，为了保证数据一致性，要求在同一时刻，同一任务只在一 个节点上运行，即保证某个行为在同一时刻只能被一个线程执行；在单机单进程多线程环境，通过锁很容易做到，比如 mutex、spinlock、信号量等；而在多机多进程环境中，此时就需要分布式锁来解决了。

2、什么类型的锁

        我们要在分布式场景中实现互斥类型的锁，但是对于分布式方式，运行的结点很可能不在相同的机器和不同的网段中，因此节点之间需要通过socket通信。而对于互斥类型在同一时刻只允许一个执行体进入临界资源。

3、虚假唤醒问题

        在多处理机上，pthread_cond_signal 的实现可能无法避免地唤醒多个阻塞在条件变量的线程。这样我们就碰到了虚假唤醒，因此为了避免这种情况。我们在每次被唤醒后要再次判断是否可以读取数据。下面我们讨论为什么会出现虚假唤醒问题。

        首先线程一想通过pthread_cond_wait 进行阻塞等待在条件变量中，但是进行到第二步，这个锁被解开之后，正好线程二被唤醒，将这个条件变量的空余锁进行加锁操作，然而线程一要在那里阻塞等待这个锁的释放。

        在线程二中，这时候条件变量的值发生了变化，，然后继续进行执行，试图唤醒线程三，当线程二条件变量的锁被释放，线程一继续使用这个锁，对条件变量进行加锁，这时候进行判断条件变量的值，发现这个value与之前的value不同了，因为线程二中进行++操作了，这样线程一无法进行休眠操作。这样线程三也就被线程二所唤醒。

        对于这种问题该怎么解决呢？我们通过在程序中添加while循环，重复检查条件，比如队列是否为空，这样保证程序更加健壮。

//线程一
pthread_cond_wait(mutex, cond)
{
	value = cond->value;	/* 1 */
	pthread_mutex_unlock(mutex); /* 2 */
	pthread_mutex_lock(cond->mutex); /* 10 */
	if (value == cond -> value) /* 11 */
	{
		me->next_cond = cond->waiter;
		cond->waiter = me;
		pthread_mutex_unlock(cond->mutex);
		ubable_to_run(me);        //线程三在这里休眠
	}
	else
	{
		pthread_mutex_unlock(cond->mutex); /* 12 */
	}
	pthread_mutex_lock(mutex); /* 13 */
}

//线程二
pthread_cond_signa(cond)
{
	pthread_mutex_lock(cond->mutex); /* 3 */
	cond->vallue++; /* 4 */
	if (cond->waiter) /* 5 */
	{
		slleeper = cond->waiter; /* 6 */
		cond->waiter = sleeper->next_cond; /* 7 */
		able_to_run(sleeper); /* 8 */
	}
	pthread_mutex_unlock(cond->mutex); /* 9 */
}

二、分布式锁的特性

1、互斥性

        我们通过在数据库中创建一张表，其中对于这个锁的标记设置为唯一标识，当我们对锁进行加锁，那么向数据库中插入一条读独属于它自己的标志，代表这个锁有进程正在使用，当我们解锁，需要在数据库中将这个锁的信息进行删除操作。

        通过上面的操作，我们可以保证同时只允许一个持锁对象进入临界资源，而其他持锁对象要么等待，要么轮询检测是否能获取锁。

2、锁超时

        允许持锁对象持锁最长时间，如果持锁对象宕机，我们可以使用外力进行解除锁定，方便其他持锁对象获取锁。

3、高可用性

        所谓高可用性也就是在合理时间内得到合理的回复。那怎么实现呢？锁存储位置如果宕机，可能引发整个系统不可用，所以应该有备份存储位置和切换备份存储的机制。对于计算型那就开多个备份点，而对存储型也多个备份点加上主从切换。

4、容错性

        如果锁存储的位置宕机，恰好锁丢失，能否正确处理。我们通过raft一致性算法和redlock进行一致性来解决（半数以上）。

对于分布式锁就讲到这里，感谢大家观看！https://xxetb.xetslk.com/s/2D96kH