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什么是分布式锁

程序员文章站 2022-05-07 21:46:03
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引入

问: 多线程并发的时候,如何实现对共享资源安全的访问

答:通过锁来实现

问:单机多进程多线程的时候,如何实现对共享资源安全的访问

答:通过共享内存、管道等实现

问: 多机多进程的时候,如何实现对共享资源安全的访问

答:通过分布式锁

这里我通过redis实现分布式锁

如何用redis实现分布式锁

先来了解分布式锁实现的三个核心要素

  1. 加锁

最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的唯一标识,按照业务来决定命名。比如想要给一种商品的秒杀活动加锁,可以给key命名为lock_sale_商品ID。而value设置成什么呢? 我们可以姑且设置成1。加锁的伪代码如下:

setnx(key, 1)

当一个线程执行setnx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setnx返回0,说明key原本已经存在,该线程抢锁失败

  1. 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:

del(key)

释放锁之后,其他线程就可以继续执行setnx命令来获取锁

  1. 锁超时

如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉,来不及显示的释放锁,这块资源就会被永久的锁住,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:

expire(key, 30

综合起来,如下:

if(setnx(key,1== 1{
	expire(key,30try {
		do something ......
	} finally {
		del(key)
	}
}

但是,以上伪代码存在三个致命问题

  1. setnx与expire的非原子性

设想一个极端场景,当某线程执行setnx,成功的得到了锁

什么是分布式锁
setnx刚执行成功,还没有来得及执行expire指令,节点1挂掉了

什么是分布式锁
这样一来,这把锁就没有设置过期时间,变成死锁,别的线程再也无法获得锁了。

Redissetnx命令是当key不存在时设置key,但setnx不能同时完成expire设置失效时长,不能保证setnxexpire的原子性。我们可以使用set命令完成setnxexpire的操作,并且这种操作是原子操作。
下面是set命令的可选项:

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]
EX seconds:设置失效时长,单位秒
PX milliseconds:设置失效时长,单位毫秒
NX:key不存在时设置value,成功返回OK,失败返回(nil)
XX:key存在时设置value,成功返回OK,失败返回(nil)

案例:设置name=p7+,失效时长100s,不存在时设置
1.1.1.1:6379> set name p7+ ex 100 nx
OK
1.1.1.1:6379> get name
"p7+"
1.1.1.1:6379> ttl name
(integer) 94

这样就可以取代setnx指令。

  1. del导致误删

又是一个极端场景,假如某线程成功得到了锁,并且设置的超时时间是30秒。
什么是分布式锁
如果某些原因导致线程 A 执行的很慢很慢,过了 30 秒都没执行完,这时候锁过期自动释放,线程 B 得到了锁。
什么是分布式锁
随后,线程 A 执行完了任务,线程 A 接着执行 del指令来释放锁。但这时候线程 B 还没执行完,线程A实际上 删除的是线程 B 加的锁。
什么是分布式锁
怎么避免这种情况呢?可以在 del 释放锁之前做一个判断,验证当前的锁是不是自己加的锁。至于具体的实现,可以在加锁的时候把当前的线程 ID 当做 value,并在删除之前验证 key 对应的 value 是不是自己线程的 ID。

加锁

String threadId = Thread.currentThread().getId()
set(key,threadId ,30,NX)

解锁:

if(threadId .equals(redisClient.get(key)){
    del(key)
}

但是,这样做又隐含了一个新的问题,判断和释放锁是两个独立操作,不是原子性。

解决方法: 判断和删除锁是用Lua脚本实现

String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then returnredis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
redisClient.eval(lua , Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(threadId));
  1. 出现并发的可能性

还是刚才第二点所描述的场景,虽然我们避免了线程 A 误删掉 key 的情况,但是同一时间有 A,B 两个线程在访问代码块,仍然是不完美的。怎么办呢?我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程,用来给快要过期的锁“续航”。
什么是分布式锁
当过去了 29 秒,线程 A 还没执行完,这时候守护线程会执行 expire 指令,为这把锁“续命”20 秒。守护线程从第 29 秒开始执行,每 20 秒执行一次。
什么是分布式锁
当线程 A 执行完任务,会显式关掉守护线程。
什么是分布式锁
另一种情况,如果节点 1 忽然断电,由于线程 A 和守护线程在同一个进程,守护线程也会停下。这把锁到了超时的时候,没人给它续命,也就自动释放了。
什么是分布式锁

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