1. 前言

分布式應用中，有時我們需要一個方法在同一時間只能被一個線程執(zhí)行。此時我們有可能會使用到分布式鎖。

分布式鎖需要具備以下特征：

• 互斥性 同一時刻鎖只能被一個線程持有。
• 超時釋放 超時釋放主要是用來避免死鎖，防止不必要的線程等待和資源浪費
• 可重入性 一個線程在持有鎖的情況下，可以再次請求加鎖
• 高性能，高可用 加鎖釋放鎖的操作盡量使用更少的資源，提高性能。同時也要保證高可用，防止分布式鎖意外失效

目前比較多的分布式鎖有下面的方案：

• 基于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)分布式鎖
• 基于緩存（redis， Hazelcast）等實現(xiàn)分布式鎖
• 基于Zookeeper實現(xiàn)分布式鎖

2. 數(shù)據(jù)庫分布式鎖

2.1基于表記錄的分布式鎖

在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個鎖表，并且在需要的字段上創(chuàng)建唯一索引，使用鎖的時候就插入數(shù)據(jù)，插入成功則獲得鎖，執(zhí)行結束后，就刪除數(shù)據(jù)。也可以加上version控制，使之成為樂觀鎖。

• 獲取鎖：成功插入數(shù)據(jù)
• 執(zhí)行業(yè)務邏輯
• 釋放鎖：刪除數(shù)據(jù)

2.2基于數(shù)據(jù)庫行鎖的分布式鎖

使用select * For update來獲取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)鎖， where之后的條件加入唯一索引，則表示使用了行鎖。其分布式鎖使用順序如下。

• 獲取鎖：SELECT * FROM database_lock WHERE id = 1 FOR UPDATE;。
• 執(zhí)行業(yè)務邏輯。
• 釋放鎖：COMMIT。

3 Zookeeper分布式鎖

Zookeepe可以實現(xiàn)分布式鎖主要是因為多個線程去Zookpeeper中創(chuàng)建同一個節(jié)點時，只有一個線程可以創(chuàng)建成功。

Zookeeper中有臨時節(jié)點，持久化節(jié)點。其中臨時節(jié)點在服務端session失效后，節(jié)點就會被刪除。相對而言，持久化節(jié)點在服務端session失效后，也不會被刪除，而是需要客戶端主動刪除。

在上述類型系節(jié)點之后增加一個數(shù)字后綴，即路徑+數(shù)字后綴，這樣可以保證其唯一性和有序性。

其分布式鎖實現(xiàn)原理如下：

• 創(chuàng)建一個lock目錄給分布式鎖使用
• 某個線程想要獲取鎖就在此目錄下創(chuàng)建臨時順序節(jié)點
• 獲取此目錄下的所有子節(jié)點，然后查找比自己序號小的節(jié)點，如果不存在，則當前線程創(chuàng)建的節(jié)點是最小節(jié)點，此時獲得鎖。
• 其他線程想要獲取鎖，同樣是創(chuàng)建臨時有序節(jié)點，如果是最小序號節(jié)點則獲得鎖，否則監(jiān)聽比自己小的次小節(jié)點。
• 持有分布式鎖的線程操作完成之后，刪除自己的臨時節(jié)點，次大節(jié)點監(jiān)聽到變更事件之后，判斷自己是最小序號節(jié)點的話，則獲得鎖。

Zookeeper實現(xiàn)分布式鎖具有高可用，可重入，阻塞等特點，由于臨時節(jié)點在客戶端斷開的時候就會被自動刪除，所以不用擔心死鎖問題。但是頻繁刪除和創(chuàng)建節(jié)點，性能上會比Redis分布式鎖低。

4 Redis分布式鎖

4.1 SETNX

setnx命令只會在key不存在的情況下將key設置為value值， 其中key和 value值均可以設置成和業(yè)務相關的的命名。但是不滿足超時釋放的要求。

如果使用expire設置過期時間，也有可能在setnx成功后，由于各種原因，expire沒有執(zhí)行成功，從而導致鎖不能超時釋放。

4.2 SETNX 擴展命令

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]
 #EX 設置過期時間，單位為秒  set lock VALUE EX 10
 #PX 設置過期時間，單位為毫秒 set lock VALUE PX 10000
 #NX key不存在時才設置key的值  set lock VALUE EX 10 NX
 #XX key存在時才設置key SET lock VALUE EX 10 XX

set 擴展命令可以完全取代 SETNX, SETEX, PSETEX 等功能。

可以使用set擴展功能完成設置過期時間, 并且是原子操作。

上述分布式鎖也有一些問題：

• 如果線程獲取鎖之后，執(zhí)行時間過長，鎖提前釋放。
• 如果線程A未執(zhí)行完操作，鎖超時釋放，此時線程B又獲取了鎖。線程B持有鎖，但是A線程有可能執(zhí)行DEL操作釋放鎖。

需要避免在長時間執(zhí)行的任務中使用上述分布式鎖，而且未按時執(zhí)行完的線程不影響其最終結果。另外可以在鎖的value設置一些唯一值，刪除key之前驗證是否持有鎖。并且驗證和刪除需要使用Lua腳本保證其刪除操作的原子性。

上述分布式鎖還需要解決一個可重入性的問題。

4.3 Redisson 分布式鎖

Redisson是基于Redis的Java內存數(shù)據(jù)網(wǎng)格，充分利用了Redis鍵值數(shù)據(jù)庫提供的一系列優(yōu)勢。同時提供功能豐富的分布式鎖。

Resisson內部會有一個監(jiān)控鎖的守護線程，在redisson實例被關閉前，不斷延長鎖的有效期。并且可以自定義超時檢查時間間隔，同時還可以指定加鎖時間。另外還支持公平鎖（Fair Lock），聯(lián)鎖（MultiLock），紅鎖（RedLock）,讀寫鎖（ReadWriteLock）以及RSemaphore和RCountDownLatch等類似Java提供的各種多線程工具等。

其中RedLock是基于多個Redis集群關聯(lián)的鎖，可以大大提高鎖的可用性及安全性。