分布式之分布式锁
1. 分布式锁
为了解决集群中多主机上不同线程之间的同步，需要在分布式系统中有类似于单主机下用于进程/线程同步的锁，也即分布式锁
1.1 基于MySQL
1.1.1 关键点
通过使用innodb提供的行锁来保证互斥性，来作为不同主机上线程的同步
1.1.2 可重入悲观锁实现
1）建表
create table if not exists lock_table(
`id` int primary key ,
`resource_name` varchar(10) ,
`locker` varchar(20),
`reentrant_cnt` int,
`create_time` bigint(20),
`update_time` bigint(20),
unique key(resource_name))
ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
其中resource_name也即资源的名称，locker代表上锁者，reentrant_cnt代表重入次数
2）上锁
假设client_1对资源a上锁，流程如下
select * from lock_table where resource_name = 'a' for update;
这里先检查是否存在a记录，如果
-
存在
比较记录中的locker是否是client_1的ip，如果
-
不是
等待一段时间后，重新尝试读取
-
是
update lock_table set reentrant_cnt = reentrant_cnt+1 where resource_name = 'a';
-
-
不存在
insert into lock_table(resource_name,locker,reentrant_cnt) value('a','ip:port',1);
3）解锁
假设client_1对资源a解锁，流程如下
select * from lock_table where resource_name = 'a' for update;
这里先检查是否存在a记录，这里查到是自己的记录，如果cnt的值
-
为1
delete from lock_table where resource_name = 'a' -
大于1
update lock_table set reentrant_cnt = reentrant_cnt-1 where resource_name = 'a';
1.1.3 优劣
-
优
- 容易实现
- 只使用mysql就可以完成
-
劣
-
锁超时
需要手动管理锁的超时
-
性能差
需要开启事务来处理，并发量受限于MySQL的最大连接数
-
1.2 基于 zookeeper
1.2.1 关键点
使用zookeeper的watch机制来满足互斥性
1）watch机制定义
类比于观察者模式，支持如下监听事件
- NodeCreated 节点创建：
exits() - NodeDataChanged 节点数据改变：
exits()、getData() - NodeDeleted 节点删除：
exits()、getData()、getChildren() - NodeChildrenChanged 子节点改变：
getChildren()
后面的方法均为读操作，可以指定标志位代表是否开启监听，对应于命令为加入-w参数get -w /root/...
2）watch机制使用流程
- 客户端注册监听事件及回调函数到客户端的watchManager
- 发起开启监听的读操作，假设调用getData()
- 服务端zookeeper注册该watch事件
- 当对应的节点数据改变、删除时，zookeeper内的事件被消耗，告知所有监听此节点的客户端
- watchManager触发对应事件的回调函数
1.2.2 可重入悲观锁实现
1）上锁
假设client_1想要对资源resource_1上锁，流程如下
-
创建如下的树结构
/root ----> /locks ----> resource_1 | | | | ----> ... ----> resource_2 | | ... -
client_1在resource_1下创建节点，假设为
-
加读锁
则创建为ip1_port1_readlock_reentrantcnt_lockcnt,reentrantcnt代表重入次数，lock_cnt代表resource_1被上的读锁次数，最后的序号为zookeeper给出的，之后，client_1调用getChildren查出resource_1的所有子节点，如果
- 之前没有写锁，只有读锁且序号(lock_cnt)小于自己或没有读锁，则上锁成功
- 否则，上锁失败，对上一个写请求的节点注册watch
-
加写锁，则创建为ip1_port1_writelock_reentrantcnt_lockcnt,reentrantcnt代表重入次数，lock_cnt代表resource_1被上的读锁次数，最后的序号为zookeeper给出的，之后，client_1调用getChildren查出resource_1的所有子节点，如果
- 之前没有任何锁或均为自己的上锁记录，则上锁成功
- 否则，上锁失败，对上一个节点注册watch
-
当注册的监听事件触发时，就代表上锁成功
上过锁的示例图如下
/root ----> /locks ----> resource_1 ----> /ip1_port1_readlock_reentrantcnt_lockcnt-000000
| | |
| | ----> /ip2_port2_writelock_reentrantcnt_lockcnt-000001
----> ... ----> resource_2
|
|
...
2）解锁
只需要删除对应路径下的节点即可
1.1.3 优劣
-
优
- 容易实现
- 创建节点时均为临时节点，当会话超时节点会被删除
- 由于cp特性，可以保证集群内强一致性
-
劣
-
集群压力
集群应对不了过大的客户端并发连接数
-
性能差
相较于基于缓存的分布式锁，性能较差
-
1.3 基于Redis
1.3.1 关键点
通过利用redis的缓存特性，主要为存取快及支持过期机制，来实现分布式锁
1.3.2 悲观锁实现
1）上锁
假设client_1想要对资源a上锁，流程如下
-
调用setnx a ip:port，如果
-
失败
则a已经被占用
-
成功则上锁完成
-
-
调用expire a timeout来设定锁的过期时间
2）解锁
- 判断a是否存在，有可能时间过长已经过期
- 如果存在，del a
1.3.3 改进
上面方案存在如下问题
-
原子性
如果setnx和expire没有一次执行完，或者expire没有执行成功，此时client挂掉，则不会执行del，这样就产生了死锁
-
可重入
上面方案只可以标记是否占用，不可以标记重入次数
-
阻塞
如果set失败，则需要客户端周期性尝试
-
过期时间过短
假设client_1对a上锁后，执行了很长时间，超过了a的过期时间，且client_2在过期时间后，就可以成功对a上锁，之后client_1执行结束，就会释放掉不属于自己的锁
因而提出下面改进
-
原子性
使用
set a value ex 5 nx来保证命令的原子性 -
可重入
改为使用hash结构，用value表示重入次数
-
阻塞
使用redis的发布订阅模式，来达到异步通知，不需要循环尝试
-
过期时间过短
还是刚才的例子，可以让client_1创建守护线程在过期时间达到前，检查是否还占用锁，如果占用则延长过期时间
# 参考
再有人问你分布式锁，这篇文章扔给他 - 掘金 (juejin.cn)
ZooKeeper Watch 机制源码解析 - Spongecaptain 的个人技术博客
14.0 Zookeeper 分布式锁实现原理 | 菜鸟教程 (runoob.com)
分布式锁用Redis还是Zookeeper？ - 知乎 (zhihu.com)
分布式锁的实现之 redis 篇 | 小米信息部技术团队 (xiaomi-info.github.io)