黑马点评笔记 分布式锁

文章目录

    • 分布式锁
      • 基本原理和实现方式对比
      • Redis分布式锁的实现核心思路
      • 实现分布式锁版本一
      • Redis分布式锁误删情况说明
      • 解决Redis分布式锁误删问题
      • 分布式锁的原子性问题
      • 分布式锁-Redission
      • 分布式锁-redission可重入锁原理
      • 分布式锁-redission锁重试和WatchDog机制
      • 分布式锁-redission锁的MutiLock原理

分布式锁

基本原理和实现方式对比

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

分布式锁的核心思想就是让大家都使用同一把锁，只要大家使用的是同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路

在这里插入图片描述

那么分布式锁他应该满足的条件呢？

可见性：多个线程都能看到相同的结果，注意：这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到变化的意思

互斥：互斥是分布式锁的最基本的条件，使得程序串行执行

高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性

高性能：由于加锁本身就让性能降低，所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能

安全性：安全也是程序中必不可少的一环

常见的分布式锁有三种

  • Mysql：mysql本身就带有锁机制，但是由于mysql性能本身一般，所以采用分布式锁的情况下，其实使用mysql作为分布式锁比较少见

  • Redis：redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式，现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁，利用setnx这个方法，如果插入key成功，则表示获得到了锁，如果有人插入成功，其他人插入失败则表示无法获得到锁，利用这套逻辑来实现分布式锁

  • Zookeeper：zookeeper也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案

Redis分布式锁的实现核心思路

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：

  • 获取锁：

    • 互斥：确保只能有一个线程获取锁
    • 非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false

  • 释放锁：

    • 手动释放
    • 超时释放：获取锁时添加一个超时时间

核心思路：

我们利用redis 的setNx 方法，当有多个线程进入时，我们就利用该方法，第一个线程进入时，redis 中就有这个key 了，返回了1，如果结果是1，则表示他抢到了锁，那么他去执行业务，然后再删除锁，退出锁逻辑，没有抢到锁的哥们，等待一定时间后重试即可

实现分布式锁版本一

  • 加锁逻辑

锁的基本接口

在这里插入图片描述

SimpleRedisLock

利用setnx方法进行加锁，同时增加过期时间，防止死锁，此方法可以保证加锁和增加过期时间具有原子性
我们的方法，是把存在线程中的用户的id作为redis中的中的键，这样我们就可以作为为每一个用户设置单独的锁，而且我们也会为每个锁设置单的过期时间从而防止死锁，具体代码，可以看下面：

private static final String KEY_PREFIX="lock:"
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {// 获取线程标示String threadId = Thread.currentThread().getId()// 获取锁Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);return Boolean.TRUE.equals(success);
}

Redis分布式锁误删情况说明

逻辑说明：

持有锁的线程在锁的内部出现了阻塞，导致他的锁自动释放，这时其他线程，线程2来尝试获得锁，就拿到了这把锁，然后线程2在持有锁执行过程中，线程1反应过来，继续执行，而线程1执行过程中，走到了删除锁逻辑，此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除，这就是误删别人锁的情况说明

解决方案：解决方案就是在每个线程释放锁的时候，去判断一下当前这把锁是否属于自己，如果属于自己，则不进行锁的删除，假设还是上边的情况，线程1卡顿，锁自动释放，线程2进入到锁的内部执行逻辑，此时线程1反应过来，然后删除锁，但是线程1，一看当前这把锁不是属于自己，于是不进行删除锁逻辑，当线程2走到删除锁逻辑时，如果没有卡过自动释放锁的时间点，则判断当前这把锁是属于自己的，于是删除这把锁。

在这里插入图片描述

解决Redis分布式锁误删问题

需求：修改之前的分布式锁实现，满足：在获取锁时存入线程标示（可以用UUID表示）
在释放锁时先获取锁中的线程标示，判断是否与当前线程标示一致

  • 如果一致则释放锁
  • 如果不一致则不释放锁

核心逻辑：在存入锁时，放入自己线程的标识，在删除锁时，判断当前这把锁的标识是不是自己存入的，如果是，则进行删除，如果不是，则不进行删除。

在这里插入图片描述
具体代码如下：加锁

private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {// 获取线程标示String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();// 获取锁Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);return Boolean.TRUE.equals(success);
}

释放锁

public void unlock() {// 获取线程标示String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();// 获取锁中的标示String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);// 判断标示是否一致if(threadId.equals(id)) {// 释放锁stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);}
}

分布式锁的原子性问题

更为极端的误删逻辑说明：

线程1现在持有锁之后，在执行业务逻辑过程中，他正准备删除锁，而且已经走到了条件判断的过程中，比如他已经拿到了当前这把锁确实是属于他自己的，正准备删除锁，但是此时他的锁到期了，那么此时线程2进来，但是线程1他会接着往后执行，当他卡顿结束后，他直接就会执行删除锁那行代码，相当于条件判断并没有起到作用，这就是删锁时的原子性问题，之所以有这个问题，是因为线程1的拿锁，比锁，删锁，实际上并不是原子性的，我们要防止刚才的情况发生，

在这里插入图片描述
这个问题可以使用lua脚本实现，但是在java中我们一般会用redission这个第三方库。

分布式锁-Redission

引入依赖：

<dependency><groupId>org.redisson</groupId><artifactId>redisson</artifactId><version>3.13.6</version>
</dependency>

配置Redisson客户端：

@Configuration
public class RedissonConfig {@Beanpublic RedissonClient redissonClient(){// 配置Config config = new Config();config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.150.101:6379").setPassword("123321");// 创建RedissonClient对象return Redisson.create(config);}
}

使用Redission的分布式锁

@Resource
private RedissionClient redissonClient;@Test
void testRedisson() throws Exception{//获取锁(可重入)，指定锁的名称RLock lock = redissonClient.getLock("anyLock");//尝试获取锁，参数分别是：获取锁的最大等待时间(期间会重试)，锁自动释放时间，时间单位boolean isLock = lock.tryLock(1,10,TimeUnit.SECONDS);//判断获取锁成功if(isLock){try{System.out.println("执行业务");          }finally{//释放锁lock.unlock();}}}

业务代码更改
在 VoucherOrderServiceImpl

注入RedissonClient

@Resource
private RedissonClient redissonClient;@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {// 1.查询优惠券SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);// 2.判断秒杀是否开始if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {// 尚未开始return Result.fail("秒杀尚未开始！");}// 3.判断秒杀是否已经结束if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {// 尚未开始return Result.fail("秒杀已经结束！");}// 4.判断库存是否充足if (voucher.getStock() < 1) {// 库存不足return Result.fail("库存不足！");}Long userId = UserHolder.getUser().getId();//创建锁对象 这个代码不用了，因为我们现在要使用分布式锁//SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);RLock lock = redissonClient.getLock("lock:order:" + userId);//获取锁对象boolean isLock = lock.tryLock();//加锁失败if (!isLock) {return Result.fail("不允许重复下单");}try {//获取代理对象(事务)IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();return proxy.createVoucherOrder(voucherId);} finally {//释放锁lock.unlock();}}

分布式锁-redission可重入锁原理

在Lock锁中，他是借助于底层的一个voaltile的一个state变量来记录重入的状态的，比如当前没有人持有这把锁，那么state=0，假如有人持有这把锁，那么state=1，如果持有这把锁的人再次持有这把锁，那么state就会+1 ，如果是对于synchronized而言，他在c语言代码中会有一个count，原理和state类似，也是重入一次就加一，释放一次就-1 ，直到减少成0 时，表示当前这把锁没有被人持有。

在redission中，我们的也支持支持可重入锁

在分布式锁中，他采用hash结构用来存储锁，其中大key表示表示这把锁是否存在，用小key表示当前这把锁被哪个线程持有，所以接下来我们一起分析一下当前的这个lua表达式

这个地方一共有3个参数

KEYS[1] ： 锁名称

ARGV[1]： 锁失效时间

ARGV[2]： id + “:” + threadId; 锁的小key

exists: 判断数据是否存在 name：是lock是否存在,如果==0，就表示当前这把锁不存在

redis.call(‘hset’, KEYS[1], ARGV[2], 1);此时他就开始往redis里边去写数据 ，写成一个hash结构

Lock{

​ id + “:” + threadId : 1

}

如果当前这把锁存在，则第一个条件不满足，再判断

redis.call(‘hexists’, KEYS[1], ARGV[2]) == 1

此时需要通过大key+小key判断当前这把锁是否是属于自己的，如果是自己的，则进行

redis.call(‘hincrby’, KEYS[1], ARGV[2], 1)

将当前这个锁的value进行+1 ，redis.call(‘pexpire’, KEYS[1], ARGV[1]); 然后再对其设置过期时间，如果以上两个条件都不满足，则表示当前这把锁抢锁失败，最后返回pttl，即为当前这把锁的失效时间

分布式锁-redission锁重试和WatchDog机制

抢锁过程中，获得当前线程，通过tryAcquire进行抢锁，该抢锁逻辑和之前逻辑相同

1、先判断当前这把锁是否存在，如果不存在，插入一把锁，返回null

2、判断当前这把锁是否是属于当前线程，如果是，则返回null

所以如果返回是null，则代表着当前已经抢锁完毕，或者可重入完毕，但是如果以上两个条件都不满足，则进入到第三个条件，返回的是锁的失效时间，同学们可以自行往下翻一点点，你能发现有个while( true) 再次进行tryAcquire进行抢锁

long threadId = Thread.currentThread().getId();
Long ttl = tryAcquire(-1, leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {return;
}

接下来会有一个条件分支，因为lock方法有重载方法，一个是带参数，一个是不带参数，如果带带参数传入的值是-1，如果传入参数，则leaseTime是他本身，所以如果传入了参数，此时leaseTime != -1 则会进去抢锁，抢锁的逻辑就是之前说的那三个逻辑

if (leaseTime != -1) {return tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
}

如果是没有传入时间，则此时也会进行抢锁， 而且抢锁时间是默认看门狗时间 commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout()

ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) 这句话相当于对以上抢锁进行了监听，也就是说当上边抢锁完毕后，此方法会被调用，具体调用的逻辑就是去后台开启一个线程，进行续约逻辑，也就是看门狗线程

RFuture<Long> ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(waitTime,commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(),TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {if (e != null) {return;}// lock acquiredif (ttlRemaining == null) {scheduleExpirationRenewal(threadId);}
});
return ttlRemainingFuture;

此逻辑就是续约逻辑，注意看commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout（） 此方法

Method( new TimerTask() {},参数2 ，参数3 )

指的是：通过参数2，参数3 去描述什么时候去做参数1的事情，现在的情况是：10s之后去做参数一的事情

因为锁的失效时间是30s，当10s之后，此时这个timeTask 就触发了，他就去进行续约，把当前这把锁续约成30s，如果操作成功，那么此时就会递归调用自己，再重新设置一个timeTask()，于是再过10s后又再设置一个timerTask，完成不停的续约

那么大家可以想一想，假设我们的线程出现了宕机他还会续约吗？当然不会，因为没有人再去调用renewExpiration这个方法，所以等到时间之后自然就释放了。

private void renewExpiration() {ExpirationEntry ee = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());if (ee == null) {return;}Timeout task = commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {@Overridepublic void run(Timeout timeout) throws Exception {ExpirationEntry ent = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());if (ent == null) {return;}Long threadId = ent.getFirstThreadId();if (threadId == null) {return;}RFuture<Boolean> future = renewExpirationAsync(threadId);future.onComplete((res, e) -> {if (e != null) {log.error("Can't update lock " + getName() + " expiration", e);return;}if (res) {// reschedule itselfrenewExpiration();}});}}, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS);ee.setTimeout(task);
}

分布式锁-redission锁的MutiLock原理

为了提高redis的可用性，我们会搭建集群或者主从，现在以主从为例

此时我们去写命令，写在主机上， 主机会将数据同步给从机，但是假设在主机还没有来得及把数据写入到从机去的时候，此时主机宕机，哨兵会发现主机宕机，并且选举一个slave变成master，而此时新的master中实际上并没有锁信息，此时锁信息就已经丢掉了。

在这里插入图片描述

为了解决这个问题，redission提出来了MutiLock锁，每个节点的地位都是一样的， 这把锁加锁的逻辑需要写入到每一个主丛节点上，只有所有的服务器都写入成功，此时才是加锁成功，假设现在某个节点挂了，那么他去获得锁的时候，只要有一个节点拿不到，都不能算是加锁成功，就保证了加锁的可靠性。

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