黑马点评--分布式锁

黑马点评–分布式锁

基本原理与不同实现方式对比：

什么是分布式锁：

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。

分布式锁的核心是实现多进程之间互斥，而满足这一点的方式有很多，常见的有三种：

基于Redis的分布式锁

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
- ```
set lock thread1 nx ex 10
```
释放锁：
- 手动释放
- 超时释放：获取锁时添加一个超时时间
- ```
Del key
```

流程：

基于Redis实现分布式锁初级版本：

需求：定义一个类，实现下面接口，利用Redis实现分布式锁功能

public interface ILock {/*** 尝试获取锁* @param timeoutSec 锁持有的超时时间，过期后自动释放* @return true代表获取锁成功；false代表获取锁失败*/boolean tryLock(long timeoutSec);/*** 释放锁*/void unlock();
}

实现ILock接口：

public class SimpleRedisLock implements ILock{private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;//锁的名称private String name;public SimpleRedisLock(String name,StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;this.name = name;}//锁的前缀private static final String KEY_PREFIX ="lock:";@Overridepublic boolean tryLock(long timeoutSec) {//获取线程表示long threadId = Thread.currentThread().getId();//获取锁Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX+name,threadId+"", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);return Boolean.TRUE.equals(success);}@Overridepublic void unlock() {//释放锁stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX+name);}
}

对秒杀劵一人一单进行分布式锁实现：

  @Autowiredprivate ISeckillVoucherService iSeckillVoucherService;@Autowiredprivate RedisIdWorker redisIdWorker;@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Overridepublic Result seckillVoucher(Long voucherId) {//1.查询优惠劵SeckillVoucher voucher = iSeckillVoucherService.getById(voucherId);//2.判断秒杀是否开始LocalDateTime beginTime = voucher.getBeginTime();if (beginTime.isAfter(LocalDateTime.now())) {//尚未开始return Result.fail("活动尚未开始");}//3.判断秒杀是否已经结束LocalDateTime endTime = voucher.getEndTime();if (LocalDateTime.now().isAfter(endTime)) {//已结束return Result.fail("活动已经结束");}//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();
//        synchronized (userId.toString().intern()){//创建锁对象SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);//获取锁boolean tryLock = lock.tryLock(1200);//判断获取锁成功if (!tryLock){//获取锁失败,返回错误或重试return Result.fail("一个人允许下一单");}try {//获取spring事务代理对象IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();return proxy.createVoucherOrder(voucherId);} catch (IllegalStateException e) {e.printStackTrace();}finally {//释放锁lock.unlock();}
//    }return Result.fail("抢购失败");}@Transactionalpublic  Result createVoucherOrder(Long voucherId) {//6.一个人一单Long userId = UserHolder.getUser().getId();//6.1查询订单int count = query().eq("user_id", userId).eq("voucher_id", voucherId).count();//6.2判断是否存在if (count > 0) {//用户以及购买过return Result.fail("用户已经购买过一次");}//7.扣减库存boolean success = iSeckillVoucherService.update().setSql("stock =stock -1").eq("voucher_id", voucherId).gt("stock", 0).update();if (!success) {//扣减失败return Result.fail("库存不足!");}//8.创建订单VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();//8.1 订单idlong orderId = redisIdWorker.nextId("order");voucherOrder.setId(orderId);//8.2 用户idvoucherOrder.setUserId(userId);//8.3 代金券idvoucherOrder.setVoucherId(voucherId);save(voucherOrder);// 9.返回订单idreturn Result.ok(orderId);}

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

public class SimpleRedisLock implements ILock{private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;//锁的名称private String name;public SimpleRedisLock(String name,StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;this.name = name;}//锁的前缀private static final String KEY_PREFIX ="lock:";private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true)+"-";@Overridepublic boolean tryLock(long timeoutSec) {//获取线程表示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);}@Overridepublic 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：

当获取锁标示并判断是一致时，jvm执行gc时改线程发生阻塞，导致没有及时释放锁。如果在阻塞阶段锁超时释放，就会导致其他线程获得到锁。这时如果改线程阻塞结束，去释放锁就会导致误释放其他线程的锁。引发线程安全问题。

解决方法：使判断锁和释放锁为原子性（同成功，同时失败）

Redis的Lua脚本

Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多余Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。

Redis提供的调用函数，语法如下：

redis.call('命令','key','其它参数'，...)

例如，执行set name jack 脚本为：

redis.cll('set','name','jack')

再次改进Redis的分布式锁：

需求：基于Lua脚本实现分布式锁的释放锁逻辑

提示：RedisTemplate调用Lua脚本的API如下：

释放锁的逻辑改变

  private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT ;static {UNLOCK_SCRIPT =new DefaultRedisScript<>();UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);}
@Overridepublic void unlock() {//调用lua脚本stringRedisTemplate.execute(UNLOCK_SCRIPT,Collections.singletonList(KEY_PREFIX+name),ID_PREFIX+Thread.currentThread().getId());}

lua脚本：

-- 比较线程标示与锁中的标示是否一致
if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then--释放锁 del keyreturn redis.call('del',KEYS[1])
end
return 0

总结基于Redis的分布式锁实现思路：

利用set nx ex获取锁，并设置过期时间，保存线程标示
释放锁时先判断线程标示是否与自己一致，一致则删除锁

特性：

利用set nx满足互斥性
利用set ex保证故障时锁依然能释放。避免死锁，提高安全性
利用Redis集群保证高可用和高并发特性

基于Redis的分布式锁优化：

基于setnx实现的分布式锁存在下面的问题：

Redisson：

Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格。它不仅提供了一系列的分布式的Java常用对象，还提供了许多分布式服务，其中就包含了各种分布式锁的实现。

Redisson快速入门：

1.引入依赖：

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

2.配置Redisson客户端：

@Configuration
public class RedisConfig {@Beanpublic RedissonClient redissonClient(){//配置类Config config=new Config();//添加redis地址，这里添加了单点的地址，也可以使用config.useClusterServers()添加集群地址config.useSingleServer().setAddress("redis://43.138.50.132:6379").setPassword("123321");//创建客户端return Redisson.create(config);}
}

3.使用Redisson的分布式锁

 @Resourceprivate RedissonClient redissonClient;@Testvoid testRedisson() throws InterruptedException{//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: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);//判断释放获取成功if (isLock){try {System.out.println("执行业务");}finally {//释放锁lock.unlock();}}}

Redisson可重入锁原理：

锁的存储使用hash结构

获取锁：

释放锁：

基于setnx实现的分布式锁存在下面的问题：

Redisson分布式锁原理：

可重入：利用hash结构记录线程id和重入次数
可重试：利用信号量和PubSub功能实现等待，唤醒，获取锁失败的重试机制
超时续约：利用watchDog，每隔一段时间（releaseTime/3）,重置超时时间

Redisson的multiLock解决：

分布式锁主从一致性问题----没听懂。。。

总结：

不可重入Redis分布式锁：

原理：利用setnx的互斥性；利用ex避免死锁；释放锁时判断线程标示
缺陷：不可重入，无法重试，锁超时失效

可重入的Redis分布式锁：

原理：利用hash结构，记录线程标示和重入次数；利用watchDog延续锁时间；利用信号量控制重试等待
缺陷：redis宕机引起锁失效问题

Redisson的multiLock：

原理：多个独立的Redis节点，必须在所有节点都获取重入锁，才算获取锁成功
缺陷：运维成本高，实现复杂

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