一文带你轻松学会！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1delete from lock_table where resource_name = 'a'
大于1update 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