三种实现分布式锁的实现与区别

目录

• 思想
• 一、基于Zookeeper实现
• 二、基于缓存（redis实现）
• 三、基于数据库实现方式
• 四、三种分布式锁优缺点

思想

分布式锁，是一种思想，它的实现方式有很多。比如，我们将沙滩当做分布式锁的组件，那么它看起来应该是这样的

• 加锁 在沙滩上踩一脚，留下自己的脚印，就对应了加锁操作。其他进程或者线程，看到沙滩上已经有脚印，证明锁已被别人持有，则等待。
• 解锁 把脚印从沙滩上抹去，就是解锁的过程。
• 锁超时 为了避免死锁，我们可以设置一阵风，在单位时间后刮起，将脚印自动抹去。

分布式锁的实现有很多，比如基于数据库、memcached、Redis、系统文件、zookeeper等。它们的核心的理念跟上面的过程大致相同。具备的条件：

1、一个方法同一时间只能被一个机器一个线程执行 2、高可用的获取锁和释放锁 3、高性能的获取锁和释放锁 4、具备可重入性 5、具备锁失效机制，防止死锁 6、具备非阻塞锁特性，即没有获取锁直接放回获取锁失败。

那么如何实现分布式锁呢，有如下几种方式：

1. 基于Zookeeper实现
2. 基于缓存（redis实现）
3. 基于数据库实现方式

一、基于Zookeeper实现

Zookeeper数据存储结构是一颗树，树由节点组成，节点叫ZNode

Znode分四种类型：

1、持久节点（persistent）

默认节点类型，创建节点的客户端和Zookeeper断开链接后，节点依旧存在

2、持久节点顺序节点（persistent_sequential）

创建节点时，根据创建时间给节点编号。

3、临时节点

断开链接后，节点被删除

4、临时顺序节点

Zookeeper分布式锁的原理：

获取锁：

1. 在Zookeeper创建一个持久节点ParentLock，当客户端想要获取锁时，在ParentLock节点下创建临时顺序节点。
2. 然后客户端再去获取临时节点是否是最靠前的一个，如果是则获取锁。
3. 另外一个客户端先创建临时节点，然后获取临时节点是靠前，如果不是靠前的，并且不是最小的序号，此时向前面的节点注册Watcher，用于监听前一个节点的锁是否存在。

释放锁：

1. 任务完成删除临时节点
2. 由于节点都是相互监听，当前一个节点消失，下一个节点被置顶
3. 如果机器宕机了，会自动删除临时节点。

缺点：

1. 性能上不如缓存服务高，创建锁和释放锁过程上，都动态创建、销毁临时节点实现锁功能，Zk中创建和删除节点只能通过leader服务器执行，然后将数据同步到所有follower机器上。
2. 可能会因为网络抖动导致链接中断，删除临时节点，但是ZK有多种重试策略，重试之后才会删除临时节点。

二、基于缓存（redis实现）

1、加锁

加锁实际上就是在redis中，给Key键设置一个值，为避免死锁，并给定一个过期时间。 SET lock_key random_value NX PX 5000 值得注意的是：

random_value 是客户端生成的唯一的字符串。
NX 代表只在键不存在时，才对键进行设置操作。
PX 5000 设置键的过期时间为5000毫秒。
这样，如果上面的命令执行成功，则证明客户端获取到了锁。

2、解锁

解锁的过程就是将Key键删除。但也不能乱删，不能说客户端1的请求将客户端2的锁给删除掉。这时候random_value的作用就体现出来。 为了保证解锁操作的原子性，我们用LUA脚本完成这一操作。先判断当前锁的字符串是否与传入的值相等，是的话就删除Key，解锁成功。

 if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then
     return redis.call('del',KEYS[1])
 else
     return 0
 end

3、使用

首先，我们在pom文件中，引入Redis包。在这里，笔者用的是最新版本，注意由于版本的不同，API可能有所差异。

<dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

加锁的过程很简单，就是通过SET指令来设置值，成功则返回；否则就循环等待，在timeout时间内仍未获取到锁，则获取失败。

缺点：

客户端A从master获取锁，master将锁同步到slave钱，master 宕机，slave节点晋升master节点，客户端B取得了被客户端A锁定的同一个资源。安全失效。

三、基于数据库实现方式

数据库拍他锁

1、根据名字获取锁信息

2、更新锁信息（比如版本，状态等）占有锁

缺点：

1、数据库的强依赖性，数据库不可用会导致业务系统不可用。 2、锁没有失效时间，解锁失败，会使锁一直存在，其他线程无法获取锁。 3、锁只能是非阻塞，插入失败报错，线程不会进入排队队列中，会再次出发获取锁的操作。 4、锁是非重入，同一个线程没有释放锁，无法再次获得该锁，因为数据库中锁的数据已经存在。

解决方案：

1、主从复制 2、定时任务，或者添加上次更新的时间 3、死循环insert 4、数据库存入当前线程的信息。

四、三种分布式锁优缺点