Java分布式锁三种实现方案

方案一:数据库乐观锁

乐观锁通常实现基于数据版本(version)的记录机制实现的,比如有一张红包表(t_bonus),有一个字段(left_count)记录礼物的剩余个数,用户每领取一个奖品,对应的left_count减1,在并发的情况下如何要保证left_count不为负数,乐观锁的实现方式为在红包表上添加一个版本号字段(version),默认为0。

异常实现流程

-- 可能会发生的异常情况
-- 线程1查询,当前left_count为1,则有记录
select * from t_bonus where id = 10001 and left_count > 0

-- 线程2查询,当前left_count为1,也有记录
select * from t_bonus where id = 10001 and left_count > 0

-- 线程1完成领取记录,修改left_count为0,
update t_bonus set left_count = left_count - 1 where id = 10001

-- 线程2完成领取记录,修改left_count为-1,产生脏数据
update t_bonus set left_count = left_count - 1 where id = 10001
通过乐观锁实现
-- 添加版本号控制字段
ALTER TABLE table ADD COLUMN version INT DEFAULT '0' NOT NULL AFTER t_bonus;

-- 线程1查询,当前left_count为1,则有记录,当前版本号为1234
select left_count, version from t_bonus where id = 10001 and left_count > 0

-- 线程2查询,当前left_count为1,有记录,当前版本号为1234
select left_count, version from t_bonus where id = 10001 and left_count > 0

-- 线程1,更新完成后当前的version为1235,update状态为1,更新成功
update t_bonus set version = 1235, left_count = left_count-1 where id = 10001 and version = 1234

-- 线程2,更新由于当前的version为1235,udpate状态为0,更新失败,再针对相关业务做异常处理
update t_bonus set version = 1235, left_count = left_count-1 where id = 10001 and version = 1234

方案二:基于Redis的分布式锁

SETNX命令(SET if Not eXists)
语法:SETNX key value
功能:原子性操作,当且仅当 key 不存在,将 key 的值设为 value ,并返回1;若给定的 key 已经存在,则 SETNX 不做任何动作,并返回0。
Expire命令
语法:expire(key, expireTime)
功能:key设置过期时间
GETSET命令
语法:GETSET key value
功能:将给定 key 的值设为 value ,并返回 key 的旧值 (old value),当 key 存在但不是字符串类型时,返回一个错误,当key不存在时,返回nil。
GET命令
语法:GET key
功能:返回 key 所关联的字符串值,如果 key 不存在那么返回特殊值 nil 。
DEL命令
语法:DEL key [KEY …]
功能:删除给定的一个或多个 key ,不存在的 key 会被忽略。

第一种:使用redis的setnx()、expire()方法,用于分布式锁

1.setnx(lockkey, 1) 如果返回0,则说明占位失败;如果返回1,则说明占位成功
2.expire()命令对lockkey设置超时时间,为的是避免死锁问题。
3.执行完业务代码后,可以通过delete命令删除key。

这个方案其实是可以解决日常工作中的需求的,但从技术方案的探讨上来说,可能还有一些可以完善的地方。比如,如果在第一步setnx执行成功后,在expire()命令执行成功前,发生了宕机的现象,那么就依然会出现死锁的问题

第二种:使用redis的setnx()、get()、getset()方法,用于分布式锁,解决死锁问题

1.setnx(lockkey, 当前时间+过期超时时间) ,如果返回1,则获取锁成功;如果返回0则没有获取到锁,转向2。
2.get(lockkey)获取值oldExpireTime ,并将这个value值与当前的系统时间进行比较,如果小于当前系统时间,则认为这个锁已经超时,可以允许别的请求重新获取,转向3。
3.计算newExpireTime=当前时间+过期超时时间,然后getset(lockkey, newExpireTime) 会返回当前lockkey的值currentExpireTime。
4.判断currentExpireTime与oldExpireTime 是否相等,如果相等,说明当前getset设置成功,获取到了锁。如果不相等,说明这个锁又被别的请求获取走了,那么当前请求可以直接返回失败,或者继续重试。
5.在获取到锁之后,当前线程可以开始自己的业务处理,当处理完毕后,比较自己的处理时间和对于锁设置的超时时间,如果小于锁设置的超时时间,则直接执行delete释放锁;如果大于锁设置的超时时间,则不需要再锁进行处理。

第三种方案:基于Zookeeper的分布式锁

利用节点名称的唯一性来实现独占锁

ZooKeeper机制规定同一个目录下只能有一个唯一的文件名,zookeeper上的一个znode看作是一把锁,通过createznode的方式来实现。所有客户端都去创建/lock/${lock_name}_lock节点,最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁,创建失败的可以选择监听继续等待,还是放弃抛出异常实现独占锁。

利用临时顺序节点控制时序实现

/lock已经预先存在,所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点,和选master一样,编号最小的获得锁,用完删除,依次方便。
算法思路:对于加锁操作,可以让所有客户端都去/lock目录下创建临时顺序节点,如果创建的客户端发现自身创建节点序列号是/lock/目录下最小的节点,则获得锁。否则,监视比自己创建节点的序列号小的节点(比自己创建的节点小的最大节点),进入等待。 对于解锁操作,只需要将自身创建的节点删除即可。

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