分布式锁是一种在分布系统环境下，通过多个节点对共享资源进行访问控制的一种同步机制。
主要的目的是防止多个节点同时操作同一份数据，从而避免数据的不一致性。分布式锁的实现比线程锁和进程锁要复杂得多，因为它需要在网诺中的多个节点之间进行协调，以保证锁的唯一性和一致性。
分布式锁的基本原理可以分为以下几个步骤：
- 请求锁：当一个实例需要访问共享资源时，它会向分布式系统发送一个请求，试图获取一个锁。
- 锁定资源：分布式锁系统会检查是否有其他实例已经有这个锁，如果没有，那么这个锁实例就会获得锁，并且有权访问共享资源，如果有那么这个实例就必须等待，直到被释放。
- 访问资源：一旦实例获取锁，它就会安全访问共享资源，而不用担心其他实例会同时访问这个资源。
- 释放资源：当实例完成对共享资源的访问后，它需要通知分布式锁释放锁，这样其他正在等待的实例就可以获取锁，访问共享资源。
分布式锁的实现方式
在实现分布式锁时，通常会有一个中心节点（或者称为锁服务），所有需要获取锁的节点都需要向这个中心节点申请。这个中心节点负责协调和管理所有节点的锁请求，确保锁的唯一性和一致性。
分布式锁的特性
分布式锁主要有以下几个特性：
- 互斥性：在任何时刻，只有一个节点可以持有锁。
- 不会发生死锁：如果一个节点崩溃，锁可以被其他节点获取。
- 公平性：如果多个节点同时申请锁，系统应该保证每个节点都有获取锁的机会。
- 可重入性：同一个节点可以多次获取同一个锁，而不会被阻塞。
- 高可用：锁服务应该是高可用的，不能因为锁服务的故障而影响整个系统的运行
java中实现分布式锁的常见方式有以下三种
- 1.使用数据库实现分布锁
悲观锁
利用select ... where ... for update 排他锁
注意: 其他附加功能与实现一基本一致，这里需要注意的是"where name=lock "，name字段必须要走索引，否则会锁表。有些情况下，比如表不大，mysql优化器会不走这个索引，导致锁表问题。
乐观锁
所谓乐观锁与前边最大区别在于基于CAS思想，是不具有互斥性，不会产生锁等待而消耗资源，操作过程中认为不存在并发冲突，只有update version失败后才能觉察到。我们的抢购、秒杀就是用了这种实现以防止超卖。
通过增加递增的版本号字段实现乐观锁
- 2.使用Redis实现分布式锁
根据系统的业务设置唯一值，用于解锁验证
1 /**
2 * 分布式锁的简单实现代码 4 */
5 public class DistributedLock {
6
7 private final JedisPool jedisPool;
8
9 public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
10 this.jedisPool = jedisPool;
11 }
12
13 /**
14 * 加锁
15 * @param lockName 锁的key
16 * @param acquireTimeout 获取超时时间
17 * @param timeout 锁的超时时间
18 * @return 锁标识
19 */
20 public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
21 Jedis conn = null;
22 String retIdentifier = null;
23 try {
24 // 获取连接
25 conn = jedisPool.getResource();
26 // 随机生成一个value
27 String identifier = UUID.randomUUID().toString();
28 // 锁名，即key值
29 String lockKey = "lock:" + lockName;
30 // 超时时间，上锁后超过此时间则自动释放锁
31 int lockExpire = (int) (timeout / 1000);
32
33 // 获取锁的超时时间，超过这个时间则放弃获取锁
34 long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
35 while (System.currentTimeMillis() < end) {
36 if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
37 conn.expire(lockKey, lockExpire);
38 // 返回value值，用于释放锁时间确认
39 retIdentifier = identifier;
40 return retIdentifier;
41 }
42 // 返回-1代表key没有设置超时时间，为key设置一个超时时间
43 if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
44 conn.expire(lockKey, lockExpire);
45 }
46
47 try {
48 Thread.sleep(10);
49 } catch (InterruptedException e) {
50 Thread.currentThread().interrupt();
51 }
52 }
53 } catch (JedisException e) {
54 e.printStackTrace();
55 } finally {
56 if (conn != null) {
57 conn.close();
58 }
59 }
60 return retIdentifier;
61 }
62
63 /**
64 * 释放锁
65 * @param lockName 锁的key
66 * @param identifier 释放锁的标识
67 * @return
68 */
69 public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
70 Jedis conn = null;
71 String lockKey = "lock:" + lockName;
72 boolean retFlag = false;
73 try {
74 conn = jedisPool.getResource();
75 while (true) {
76 // 监视lock，准备开始事务
77 conn.watch(lockKey);
78 // 通过前面返回的value值判断是不是该锁，若是该锁，则删除，释放锁
79 if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
80 Transaction transaction = conn.multi();
81 transaction.del(lockKey);
82 List<Object> results = transaction.exec();
83 if (results == null) {
84 continue;
85 }
86 retFlag = true;
87 }
88 conn.unwatch();
89 break;
90 }
91 } catch (JedisException e) {
92 e.printStackTrace();
93 } finally {
94 if (conn != null) {
95 conn.close();
96 }
97 }
98 return retFlag;
99 }
100 }
- 3.使用Zookeeper实现分布式锁
创建临时节点，执行业务逻辑，释放锁。
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.RetryNTimes;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
* 分布式锁Zookeeper实现
*
*/
@Slf4j
@Component
public class ZkLock implements DistributionLock {
private String zkAddress = "zk_adress";
private static final String root = "package root";
private CuratorFramework zkClient;
private final String LOCK_PREFIX = "/lock_";
@Bean
public DistributionLock initZkLock() {
if (StringUtils.isBlank(root)) {
throw new RuntimeException("zookeeper 'root' can't be null");
}
zkClient = CuratorFrameworkFactory
.builder()
.connectString(zkAddress)
.retryPolicy(new RetryNTimes(2000, 20000))
.namespace(root)
.build();
zkClient.start();
return this;
}
public boolean tryLock(String lockName) {
lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
boolean locked = true;
try {
Stat stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
if (stat == null) {
log.info("tryLock:{}", lockName);
stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
if (stat == null) {
zkClient
.create()
.creatingParentsIfNeeded()
.withMode(CreateMode.EPHEMERAL)
.forPath(lockName, "1".getBytes());
} else {
log.warn("double-check stat.version:{}", stat.getAversion());
locked = false;
}
} else {
log.warn("check stat.version:{}", stat.getAversion());
locked = false;
}
} catch (Exception e) {
locked = false;
}
return locked;
}
public boolean tryLock(String key, long timeout) {
return false;
}
public void release(String lockName) {
lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
try {
zkClient
.delete()
.guaranteed()
.deletingChildrenIfNeeded()
.forPath(lockName);
log.info("release:{}", lockName);
} catch (Exception e) {
log.error("删除", e);
}
}
public void setZkAddress(String zkAddress) {
this.zkAddress = zkAddress;
}
}
每种方法都有其优点和适应的场景，数据库通常简单，但可能存在性能问题，redis非常快，但需要第三方库，并且可能引入网诺问题，Zookeeper提供了更复杂的同步原语，但需要额外学习曲线。