分布式锁的几种实现方式

分布式锁的几种实现方式

基于数据库实现分布式锁 基于缓存（redis，memcached，tair）实现分布式锁 基于Zookeeper实现分布式锁

a. 数据库方式

    
思路：创建一张表，里面方法名称字段为唯一的。想要执行某方法的时候向该表执行插入操作，执行完成之后删除该记录即可。因为方法名称字段唯一，所以在并发的时候只能插入一条记录，其他的并不会执行。也可以通过排他锁来实现，在最后通过提交事务即可释放锁.

基于数据库表

    要实现分布式锁，最简单的方式可能就是直接创建一张锁表，然后通过操作该表中的数据来实现了。
当我们要锁住某个方法或资源时，我们就在该表中增加一条记录，想要释放锁的时候就删除这条记录。



UNIQUE 约束唯一标识数据库表中的每条记录,每个表可以有多个 UNIQUE 约束.

当我们想要锁住某个方法时，执行以下SQL：



因为我们对

method_name

做了唯一性约束，这里如果有多个请求同时提交到数据库的话，数据库会保证只有一个操作可以成功，那么我们就可以认为操作成功的那个线程获得了该方法的锁，可以执行方法体内容。
当方法执行完毕之后，想要释放锁的话，需要执行以下Sql:



上面这种简单的实现有以下几个问题：
1、这把锁强依赖数据库的可用性，数据库是一个单点，一旦数据库挂掉，会导致业务系统不可用。
2、这把锁没有失效时间，一旦解锁操作失败，就会导致锁记录一直在数据库中，其他线程无法再获得到锁。
3、这把锁只能是非阻塞的，因为数据的insert操作，一旦插入失败就会直接报错。没有获得锁的线程并不会进入排队队列，要想再次获得锁就要再次触发获得锁操作。
4、这把锁是非重入的，同一个线程在没有释放锁之前无法再次获得该锁。因为数据中数据已经存在了。
以上问题的解决方案：

数据库是单点？搞两个数据库，数据之前双向同步。一旦挂掉快速切换到备库上。
没有失效时间？只要做一个定时任务，每隔一定时间把数据库中的超时数据清理一遍。
非阻塞的？搞一个while循环，直到insert成功再返回成功。
非重入的？在数据库表中加个字段，记录当前获得锁的机器的主机信息和线程信息，那么下次再获取锁的时候先查询数据库，如果当前机器的主机信息和线程信息在数据库可以查到的话，直接把锁分配给他就可以了。

基于数据库排他锁

除了可以通过增删操作数据表中的记录以外，其实还可以借助数据中自带的锁来实现分布式的锁。
我们还用刚刚创建的那张数据库表。可以通过数据库的排他锁来实现分布式锁。 基于MySql的InnoDB引擎，可以使用以下方法来实现加锁操作：



在查询语句后面增加

for update

，数据库会在查询过程中给数据库表增加排他锁，当某条记录被加上排他锁之后，其他线程无法再在该行记录上增加排他锁。
解锁方式：

b. 缓存方式

思路： 基于缓存来实现在性能方面会表现的更好一点。而且很多缓存是可以集群部署的，可以解决单点问题。采用redis缓存的方式。加锁的时候通过setnx命令加锁，锁的值为一个随机uuid串，并通过expire命令给锁设置过期时间，防止死锁。释放锁的时候根据uuid串来判断是哪个锁，然后通过delete命令来释放锁。
优点： redis性能高，对命令的支持较好，实现方便。
这里以Tair为例来分析下使用缓存实现分布式锁的方案。
基于Tair的实现分布式锁其实和Redis类似，其中主要的实现方式是使用

TairManager.put

方法来实现。



以上实现方式同样存在几个问题：
1、这把锁没有失效时间，一旦解锁操作失败，就会导致锁记录一直在tair中，其他线程无法再获得到锁。
2、这把锁只能是非阻塞的，无论成功还是失败都直接返回。
3、这把锁是非重入的，一个线程获得锁之后，在释放锁之前，无法再次获得该锁，因为使用到的key在tair中已经存在。无法再执行put操作。
解决办法：

没有失效时间？tair的put方法支持传入失效时间，到达时间之后数据会自动删除。
非阻塞？while重复执行。
非可重入？在一个线程获取到锁之后，把当前主机信息和线程信息保存起来，下次再获取之前先检查自己是不是当前锁的拥有者。

c. Zookeeper方式

    思路：每个客户端对某个方法加锁时，在zookeeper上的与该方法对应的指定节点的目录下，生成一个唯一的瞬时有序节点。 判断是否获取锁的方式很简单，只需要判断有序节点中序号最小的一个。 当释放锁的时候，只需将这个瞬时节点删除即可。同时，其可以避免服务宕机导致的锁无法释放，而产生的死锁问题。

Zookeeper能不能解决前面提到的问题。
锁无法释放？使用Zookeeper可以有效的解决锁无法释放的问题，因为在创建锁的时候，客户端会在ZK中创建一个临时节点，一旦客户端获取到锁之后突然挂掉（Session连接断开），那么这个临时节点就会自动删除掉。其他客户端就可以再次获得锁。

非阻塞锁？使用Zookeeper可以实现阻塞的锁，客户端可以通过在ZK中创建顺序节点，并且在节点上绑定监听器，一旦节点有变化，Zookeeper会通知客户端，客户端可以检查自己创建的节点是不是当前所有节点中序号最小的，如果是，那么自己就获取到锁，便可以执行业务逻辑了。

不可重入？使用Zookeeper也可以有效的解决不可重入的问题，客户端在创建节点的时候，把当前客户端的主机信息和线程信息直接写入到节点中，下次想要获取锁的时候和当前最小的节点中的数据比对一下就可以了。如果和自己的信息一样，那么自己直接获取到锁，如果不一样就再创建一个临时的顺序节点，参与排队。

单点问题？使用Zookeeper可以有效的解决单点问题，ZK是集群部署的，只要集群中有半数以上的机器存活，就可以对外提供服务。

可以直接使用zookeeper第三方库Curator客户端，这个客户端中封装了一个可重入的锁服务。



Curator提供的InterProcessMutex是分布式锁的实现。acquire方法用户获取锁，release方法用于释放锁。
使用ZK实现的分布式锁好像完全符合了本文开头我们对一个分布式锁的所有期望
缺点：性能上可能并没有缓存服务那么高，可能产生并发问题

三种方案的比较

   

从实现的复杂性角度（从低到高）

Zookeeper >= 缓存 > 数据库

从性能角度（从高到低）

缓存 > Zookeeper >= 数据库

从可靠性角度（从高到低）

Zookeeper > 缓存 > 数据库