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分布式鎖的基本原理和案例實現

如意 ? 來源:百家號 ? 作者:小碼農談IT ? 2020-07-01 14:53 ? 次閱讀

前面我們有聊過樂觀鎖和悲觀鎖的實現,均是對于單體架構的場景下的實現。那么現在我們來總結看下分布式情況下如何實現鎖機制。

常見場景

我們來看下一個場景,假設我現在在分布式系統下要做一個業務邏輯的消費動作,我如何保證我的消費動作只被消費一次不重復消費?有的同學第一時間就想到了MQ,諸如Zookeeper。我們今天暫不談MQ,那其實核心還是代碼執行的鎖機制問題。

我們再來看一個場景,我們有個接口需要經常查數據庫DB數據,如果場景允許我們經常會對其加一層緩存,并設定過期時間。假設在某一瞬間,緩存過期,但此時并發量又很大,會有大量的請求穿透去數據庫請求數據,造成緩存雪崩效應。于是,我們就可以考慮加鎖機制,只讓一個請求去執行查詢DB更新緩存的操作。

基本原理

回顧下我們之前聊到鎖的原理,分布式鎖也是一樣的,要實現它必須滿足:

互斥:任何時刻只能有一個客戶端對其加鎖;

避免死鎖:要充分考慮某客戶端在持有鎖的期間崩潰,也不能導致后續其他客戶端不能加鎖;

誰加鎖誰解鎖:加鎖和解鎖必須是同一個客戶端,否則容易出現A客戶端把B客戶端的鎖給解了,導致鎖機制失效。

示例實踐

我們僅以Redis實現分布式鎖為例來說明分布式鎖的實現。以單機單機部署Redis的情況為例,如果有分布式Redis集群部署的情況,可以參考Redlock算法的實現。下面我們進入Redis+Lua實現分布式鎖的實踐。

我們來看示例代碼。

加鎖

分布式鎖的基本原理和案例實現

注意到代碼的每個細節了么?都是至關重要的。上面的set是封裝過的,那我們來簡單說明一下這個方法吧,該方法分別對應了上面的鎖需要滿足的條件。比如,NX操作保證了鎖的互斥,設置過期時間避免了死鎖,唯一請求ID用來標注客戶端,在解鎖的時候可以用來校驗是不是同一個客戶端自己的鎖。

解鎖

解鎖這個動作就有趣了,看似簡單卻暗藏玄機,也是很重要的環節。因為解鎖存在一個判斷是都本客戶端的鎖的操作,之后才執行解鎖。而這個if判斷在高并發的情況下我們不得不考慮操作的原子性,這其實和PHP等其他語言代碼考慮高并發的原理是大相徑庭(有興趣的看官也可以思考下,為什么有判斷就要保證原子性呢,有哪些可能出現問題的場景)。那我們如果保證操作的原子性呢?第一反應是想到事務?我們這里借助Lua腳本來保證原子性,Redis的eval命令執行Lua腳本保證原子性。

我們來看下示例代碼

分布式鎖的基本原理和案例實現

我們同樣來說明下面的解鎖代碼。其實很簡單,就是執行了一個Lua腳本,這個腳本實現了或者當前鎖的值,即唯一請求ID值,判斷是否同一個客戶端的請求ID,如果是,則執行Redis的del操作。

好了,關于Redis實現分布式的鎖例子就到這里了,這里只是簡單的示例便于理解,實際生產將需要考慮更多的場景和因素,比如集群,Zookeeper方式實現,時間和能力有限,這里就不展開贅述。

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