分布式锁的实现有哪些?
利用Memcached的add命令。此命令是原子性操作,只有在key不存在的情况下,才能add成功,也就意味着线程得到了锁。
和Memcached的方式类似,利用Redis的setnx命令。此命令同样是原子性操作,只有在key不存在的情况下,才能set成功。(setnx命令并不完善,后续会介绍替代方案)
利用Zookeeper的顺序临时节点,来实现分布式锁和等待队列。Zookeeper设计的初衷,就是为了实现分布式锁服务的。
Google公司实现的粗粒度分布式锁服务,底层利用了Paxos一致性算法。
使用Redis实现分布式锁
1.加锁
setnx(key,1)→set(key,1,30,NX)
redis命令:SET key 1 EX 30 NX,不用setnx 是因为setnx和expire设置超时时不是原子操作
当一个线程执行set返回1,说明key原本不存在,该线程成功得到了锁;当一个线程执行set返回0,说明key已经存在,该线程抢锁失败。
有加锁就得有解锁。当得到锁的线程执行完任务,需要释放锁,以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式是执行del指令,伪代码如下:
释放锁之后,其他线程就可以继续执行set命令来获得锁。
防止因为操作缓慢,导致误删,可以将value 改为threadID,在删除前进行判断。判断和删除也不是原子操作,可以使用lua脚本进行操作。
锁超时是什么意思呢?如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉,来不及显式地释放锁,这块资源将会永远被锁住,别的线程再也别想进来。
所以,setnx的key必须设置一个超时时间,以保证即使没有被显式释放,这把锁也要在一定时间后自动释放。setnx不支持超时参数,所以需要额外的指令,伪代码如下:
增加守护线程,给锁加时间,有风险。
使用**Zookeeper**实现分布式锁(顺序临时节点)
Zookeeper节点的概念:
Zookeeper的数据存储结构就像一棵树,这棵树由节点组成,这种节点叫做Znode。
Znode分为四种类型:
默认的节点类型。创建节点的客户端与zookeeper断开连接后,该节点依旧存在 。
2.持久节点顺序节点(PERSISTENT_SEQUENTIAL)
所谓顺序节点,就是在创建节点时,Zookeeper根据创建的时间顺序给该节点名称进行编号:
3.临时节点(EPHEMERAL)
和持久节点相反,当创建节点的客户端与zookeeper断开连接后,临时节点会被删除:
4.临时顺序节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)
顾名思义,临时顺序节点结合和临时节点和顺序节点的特点:在创建节点时,Zookeeper根据创建的时间顺序给该节点名称进行编号;当创建节点的客户端与zookeeper断开连接后,临时节点会被删除。
Zookeeper分布式锁的原理
Zookeeper分布式锁恰恰应用了临时顺序节点。具体如何实现呢?让我们来看一看详细步骤:
首先,在Zookeeper当中创建一个持久节点ParentLock。当第一个客户端想要获得锁时,需要在ParentLock这个节点下面创建一个临时顺序节点 Lock1。
之后,Client1查找ParentLock下面所有的临时顺序节点并排序,判断自己所创建的节点Lock1是不是顺序最靠前的一个。如果是第一个节点,则成功获得锁。
这时候,如果再有一个客户端 Client2 前来获取锁,则在ParentLock下载再创建一个临时顺序节点Lock2。
Client2查找ParentLock下面所有的临时顺序节点并排序,判断自己所创建的节点Lock2是不是顺序最靠前的一个,结果发现节点Lock2并不是最小的。
于是,Client2向排序仅比它靠前的节点Lock1注册Watcher,用于监听Lock1节点是否存在。这意味着Client2抢锁失败,进入了等待状态。
这时候,如果又有一个客户端Client3前来获取锁,则在ParentLock下载再创建一个临时顺序节点Lock3。
Client3查找ParentLock下面所有的临时顺序节点并排序,判断自己所创建的节点Lock3是不是顺序最靠前的一个,结果同样发现节点Lock3并不是最小的。
于是,Client3向排序仅比它靠前的节点Lock2注册Watcher,用于监听Lock2节点是否存在。这意味着Client3同样抢锁失败,进入了等待状态。
这样一来,Client1得到了锁,Client2监听了Lock1,Client3监听了Lock2。这恰恰形成了一个等待队列,很像是Java当中ReentrantLock所依赖的AQS(AbstractQueuedSynchronizer)。
释放锁分为两种情况:
当任务完成时,Client1会显示调用删除节点Lock1的指令。
获得锁的Client1在任务执行过程中,如果Duang的一声崩溃,则会断开与Zookeeper服务端的链接。根据临时节点的特性,相关联的节点Lock1会随之自动删除。
由于Client2一直监听着Lock1的存在状态,当Lock1节点被删除,Client2会立刻收到通知。这时候Client2会再次查询ParentLock下面的所有节点,确认自己创建的节点Lock2是不是目前最小的节点。如果是最小,则Client2顺理成章获得了锁。
同理,如果Client2也因为任务完成或者节点崩溃而删除了节点Lock2,那么Client3就会接到通知。
最终,Client3成功得到了锁。
下面的表格总结了Zookeeper和Redis分布式锁的优缺点: