一文了解分布式锁

大多数互联网系统都是分布式部署的,分布式部署确实能带来性能和效率上的提升,但为此,我们就需要多解决一个分布式环境下,数据一致性的问题。

 

当某个资源在多系统之间,具有共享性的时候,为了保证大家访问这个资源数据是一致的,那么就必须要求在同一时刻只能被一个客户端处理,不能并发的执行,否者就会出现同一时刻有人写有人读,大家访问到的数据就不一致了。

 

一、我们为什么需要分布式锁?

 

在单机时代,虽然不需要分布式锁,但也面临过类似的问题,只不过在单机的情况下,如果有多个线程要同时访问某个共享资源的时候,我们可以采用线程间加锁的机制,即当某个线程获取到这个资源后,就立即对这个资源进行加锁,当使用完资源之后,再解锁,其它线程就可以接着使用了。例如,在JAVA中,甚至专门提供了一些处理锁机制的一些API(synchronize/Lock等)

 

但是到了分布式系统的时代,这种线程之间的锁机制,就没作用了,系统可能会有多份并且部署在不同的机器上,这些资源已经不是在线程之间共享了,而是属于进程之间共享的资源。

 

因此,为了解决这个问题,我们就必须引入「分布式锁」。

 

分布式锁,是指在分布式的部署环境下,通过锁机制来让多客户端互斥的对共享资源进行访问。

 

分布式锁要满足哪些要求呢?

 

排他性:在同一时间只会有一个客户端能获取到锁,其它客户端无法同时获取

避免死锁:这把锁在一段有限的时间之后,一定会被释放(正常释放或异常释放)

高可用:获取或释放锁的机制必须高可用且性能佳

讲完了背景和理论,那我们接下来再看一下分布式锁的具体分类和实际运用。

 

二、分布式锁的实现方式有哪些?

 

目前主流的有三种,从实现的复杂度上来看,从上往下难度依次增加:

 

基于数据库实现

基于Redis实现

基于ZooKeeper实现

无论哪种方式,其实都不完美,依旧要根据咱们业务的实际场景来选择。

 

基于数据库实现

基于数据库来做分布式锁的话,通常有两种做法:

基于数据库的乐观锁

基于数据库的悲观锁

 

我们先来看一下如何基于「乐观锁」来实现:

 

乐观锁机制其实就是在数据库表中引入一个版本号(version)字段来实现的。

 

当我们要从数据库中读取数据的时候,同时把这个version字段也读出来,如果要对读出来的数据进行更新后写回数据库,则需要将version加1,同时将新的数据与新的version更新到数据表中,且必须在更新的时候同时检查目前数据库里version值是不是之前的那个version,如果是,则正常更新。如果不是,则更新失败,说明在这个过程中有其它的进程去更新过数据了。

 

下面找图举例,

一文了解分布式锁

 

如图,假设同一个账户,用户A和用户B都要去进行取款操作,账户的原始余额是2000,用户A要去取1500,用户B要去取1000,如果没有锁机制的话,在并发的情况下,可能会出现余额同时被扣1500和1000,导致最终余额的不正确甚至是负数。但如果这里用到乐观锁机制,当两个用户去数据库中读取余额的时候,除了读取到2000余额以外,还读取了当前的版本号version=1,等用户A或用户B去修改数据库余额的时候,无论谁先操作,都会将版本号加1,即version=2,那么另外一个用户去更新的时候就发现版本号不对,已经变成2了,不是当初读出来时候的1,那么本次更新失败,就得重新去读取最新的数据库余额。

 

通过上面这个例子可以看出来,使用「乐观锁」机制,必须得满足:

(1)锁服务要有递增的版本号version

(2)每次更新数据的时候都必须先判断版本号对不对,然后再写入新的版本号

 

我们再来看一下如何基于「悲观锁」来实现:

悲观锁也叫作排它锁,在Mysql中是基于 for update 来实现加锁的,例如:

//锁定的方法-伪代码 public boolean lock(){ connection.setAutoCommit(false) for(){ result = select * from user where id = 100 for update; if(result){ //结果不为空, //则说明获取到了锁 return true; } //没有获取到锁,继续获取 sleep(1000); } return false; } //释放锁-伪代码 connection.commit();

上面的示例中,user表中,id是主键,通过 for update 操作,数据库在查询的时候就会给这条记录加上排它锁。

(需要注意的是,在InnoDB中只有字段加了索引的,才会是行级锁,否者是表级锁,所以这个id字段要加索引)

当这条记录加上排它锁之后,其它线程是无法操作这条记录的。

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