您当前的位置:首页 > 电脑百科 > 程序开发 > 架构

分布式锁的三种实现!

时间:2023-09-13 12:46:12  来源:Java中文社群  作者:

分布式锁是一种用于保证分布式系统中多个进程或线程同步访问共享资源的技术。同时它又是面试中的常见问题,所以我们本文就重点来看分布式锁的具体实现(含实现代码)。

在分布式系统中,由于各个节点之间的网络通信延迟、故障等原因,可能会导致数据不一致的问题。分布式锁通过协调多个节点的行为,保证在任何时刻只有一个节点可以访问共享资源,以避免数据的不一致性和冲突。

1、分布式锁要求

分布式锁通常需要满足以下几个要求:

  1. 互斥性:在任意时刻只能有一个客户端持有锁。
  2. 不会发生死锁:即使持有锁的客户端发生故障,也能保证锁最终会被释放。
  3. 具有容错性:分布式锁需要能够容忍节点故障等异常情况,保证系统的稳定性。

2、实现方案

JAVA 中,实现分布式锁的方案有多种,包括:

  • 基于数据库实现的分布式锁:可以通过数据库的乐观锁或悲观锁实现分布式锁,但是由于数据库的 IO 操作比较慢,不适合高并发场景。
  • 基于 ZooKeeper 实现的分布式锁:ZooKeeper 是一个高可用性的分布式协调服务,可以通过它来实现分布式锁。但是使用 ZooKeeper 需要部署额外的服务,增加了系统复杂度。
  • 基于 redis 实现的分布式锁:Redis 是一个高性能的内存数据库,支持分布式部署,可以通过Redis的原子操作实现分布式锁,而且具有高性能和高可用性。

3、数据库分布式锁

数据库的乐观锁或悲观锁都可以实现分布式锁,下面分别来看。

(1)悲观锁

在数据库中使用 for update 关键字可以实现悲观锁,我们在 MApper 中添加 for update 即可对数据加锁,实现代码如下:

<!-- UserMapper.xml -->
<select id="selectByIdForUpdate" resultType="User">
    SELECT * FROM user WHERE id = #{id} FOR UPDATE
</select>

在 Service 中调用 Mapper 方法,即可获取到加锁的数据:

@Transactional
public void updateWithPessimisticLock(int id, String name) {
    User user = userMapper.selectByIdForUpdate(id);
    if (user != null) {
        user.setName(name);
        userMapper.update(user);
    } else {
        throw new RuntimeException("数据不存在");
    }
}

(2)乐观锁

MyBatis 中,可以通过给表添加一个版本号字段来实现乐观锁。在 Mapper 中,使用标签定义更新语句,同时使用 set 标签设置版本号的增量。

<!-- UserMapper.xml -->
<update id="updateWithOptimisticLock">
    UPDATE user SET
    name = #{name},
    version = version + 1
    WHERE id = #{id} AND version = #{version}
</update>

在 Service 中调用 Mapper 方法,需要传入更新数据的版本号。如果更新失败,说明数据已经被其他事务修改,具体实现代码如下:

@Transactional
public void updateWithOptimisticLock(int id, String name, int version) {
    User user = userMapper.selectById(id);
    if (user != null) {
        user.setName(name);
        user.setVersion(version);
        int rows = userMapper.updateWithOptimisticLock(user);
        if (rows == 0) {
            throw new RuntimeException("数据已被其他事务修改");
        }
    } else {
        throw new RuntimeException("数据不存在");
    }
}

4、Zookeeper 分布式锁

在 Spring Boot 中,可以使用 Curator 框架来实现 ZooKeeper 分布式锁,具体实现分为以下 3 步:

  1. 引入 Curator 和 ZooKeeper 客户端依赖;
  2. 配置 ZooKeeper 连接信息;
  3. 编写分布式锁实现类。

(1)引入 Curator 和 ZooKeeper

<dependency>
    <groupId>org.Apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>latest</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-recipes</artifactId>
    <version>latest</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
    <artifactId>zookeeper</artifactId>
    <version>latest</version>
</dependency>

(2)配置 ZooKeeper 连接

在 application.yml 中添加 ZooKeeper 连接配置:

spring:
  zookeeper:
    connect-string: localhost:2181
    namespace: demo

(3)编写分布式锁实现类

@Component
public class DistributedLock {

    @Autowired
    private CuratorFramework curatorFramework;

    /**
     * 获取分布式锁
     *
     * @param lockPath   锁路径
     * @param wAItTime   等待时间
     * @param leaseTime  锁持有时间
     * @param timeUnit   时间单位
     * @return 锁对象
     * @throws Exception 获取锁异常
     */
    public InterProcessMutex acquire(String lockPath, long waitTime, long leaseTime, TimeUnit timeUnit) throws Exception {
        InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(curatorFramework, lockPath);
        if (!lock.acquire(waitTime, timeUnit)) {
            throw new RuntimeException("获取分布式锁失败");
        }
        if (leaseTime > 0) {
            lock.acquire(leaseTime, timeUnit);
        }
        return lock;
    }

    /**
     * 释放分布式锁
     *
     * @param lock 锁对象
     * @throws Exception 释放锁异常
     */
    public void release(InterProcessMutex lock) throws Exception {
        if (lock != null) {
            lock.release();
        }
    }
}

5、Redis 分布式锁

我们可以使用 Redis 客户端 Redisson 实现分布式锁,它的实现步骤如下:

  • 添加 Redisson 依赖
  • 配置 Redisson 连接信息
  • 编写分布式锁代码类

(1)添加 Redisson 依赖

在 pom.xml 中添加如下配置:

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.redisson/redisson-spring-boot-starter -->
<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>3.20.0</version>
</dependency>

(2)配置 Redisson 连接

在 Spring Boot 项目的配置文件 application.yml 中添加 Redisson 配置:

spring:
  data:
    redis:
      host: localhost
      port: 6379
      database: 0
redisson:
  codec: org.redisson.codec.JsonJacksonCodec
  single-server-config:
    address: "redis://${spring.data.redis.host}:${spring.redis.port}"
    database: "${spring.data.redis.database}"
    password: "${spring.data.redis.password}"

(3)编写分布式锁代码类

import jakarta.annotation.Resource;
import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RLock;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Service
public class RedissonLockService {
    @Resource
    private Redisson redisson;

    /**
     * 加锁
     *
     * @param key     分布式锁的 key
     * @param timeout 超时时间
     * @param unit    时间单位
     * @return
     */
    public boolean tryLock(String key, long timeout, TimeUnit unit) {
        RLock lock = redisson.getLock(key);
        try {
            return lock.tryLock(timeout, unit);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            return false;
        }
    }

    /**
     * 释放分布式锁
     *
     * @param key 分布式锁的 key
     */
    public void unlock(String key) {
        RLock lock = redisson.getLock(key);
        lock.unlock();
    }
}

6、Redis VS Zookeeper

Redis 和 ZooKeeper 都可以用来实现分布式锁,它们在实现分布式锁的机制和原理上有所不同,具体区别如下:

  • 数据存储方式:Redis 将锁信息存储在内存中,而 ZooKeeper 将锁信息存储在 ZooKeeper 的节点上,因此 ZooKeeper 需要更多的磁盘空间。
  • 锁的释放:Redis 的锁是通过设置锁的过期时间来自动释放的,而 ZooKeeper 的锁需要手动释放,如果锁的持有者出现宕机或网络中断等情况,需要等待锁的超时时间才能自动释放。
  • 锁的竞争机制:Redis 使用的是单机锁,即所有请求都直接连接到同一台 Redis 服务器,容易发生单点故障;而 ZooKeeper 使用的是分布式锁,即所有请求都连接到 ZooKeeper 集群,具有较好的可用性和可扩展性。
  • 一致性:Redis 的锁是非严格意义下的分布式锁,因为在多台机器上运行多个进程时,由于 Redis 的主从同步可能会存在数据不一致的问题;而 ZooKeeper 是强一致性的分布式系统,保证了数据的一致性。
  • 性能:Redis 的性能比 ZooKeeper 更高,因为 Redis 将锁信息存储在内存中,而 ZooKeeper 需要进行磁盘读写操作。

总之,Redis 适合实现简单的分布式锁场景,而 ZooKeeper 适合实现复杂的分布式协调场景,也就是 ZooKeeper 适合强一致性的分布式系统。

“强一致性是指系统中的所有节点在任何时刻看到的数据都是一致的。ZooKeeper 中的数据是有序的树形结构,每个节点都有唯一的路径标识符,所有节点都共享同一份数据,当任何一个节点对数据进行修改时,所有节点都会收到通知,更新数据,并确保数据的一致性。在 ZooKeeper 中,强一致性体现在数据的读写操作上。ZooKeeper 使用 ZAB(ZooKeeper Atomic Broadcast)协议来保证数据的一致性,该协议确保了数据更新的顺序,所有的数据更新都需要经过集群中的大多数节点确认,保证了数据的一致性和可靠性。”

小结

在 Java 中,使用数据库、ZooKeeper 和 Redis 都可以实现分布式锁。但数据库 IO 操作比较慢,不适合高并发场景;Redis 执行效率最高,但在主从切换时,可能会出现锁丢失的情况;ZooKeeper 是一个高可用性的分布式协调服务,可以保证数据的强一致性,但是使用 ZooKeeper 需要部署额外的服务,增加了系统复杂度。所以没有最好的解决方案,只有最合适自己的解决方案。



Tags:分布式锁   点击:()  评论:()
声明:本站部分内容及图片来自互联网,转载是出于传递更多信息之目的,内容观点仅代表作者本人,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。如有任何标注错误或版权侵犯请与我们联系,我们将及时更正、删除。
▌相关推荐
在Redis中如何实现分布式锁的防死锁机制?
在Redis中实现分布式锁是一个常见的需求,可以通过使用Redlock算法来防止死锁。Redlock算法是一种基于多个独立Redis实例的分布式锁实现方案,它通过协调多个Redis实例之间的锁...【详细内容】
2024-02-20  Search: 分布式锁  点击:(47)  评论:(0)  加入收藏
手动撸一个 Redis 分布式锁
大家好呀,我是楼仔。今天第一天开工,收拾心情,又要开始好好学习,好好工作了。对于使用 Java 的小伙伴,其实我们完全不用手动撸一个分布式锁,直接使用 Redisson 就行。但是因为这些...【详细内容】
2024-02-19  Search: 分布式锁  点击:(39)  评论:(0)  加入收藏
Redis分布式锁常见坑点分析
日常开发中,基于 Redis 天然支持分布式锁,大家在线上分布式项目中都使用过 Redis 锁。本文主要针对日常开发中加锁过程中某些异常场景进行讲解与分析。本文讲解示例代码都在 h...【详细内容】
2023-12-11  Search: 分布式锁  点击:(111)  评论:(0)  加入收藏
一文详解分布式锁的看门狗机制
我们今天来看看这个 Redis 的看门狗机制,毕竟现在还是有很多是会使用 Redis 来实现分布式锁的,我们现在看看这个 Redis 是怎么实现分布式锁的,然后我们再来分析这个 Redis 的看...【详细内容】
2023-11-29  Search: 分布式锁  点击:(216)  评论:(0)  加入收藏
全新的分布式锁,功能简单且强大
作者:donnie4w链接:https://my.oschina.net/donnie4w/blog/10114233前言:分布式锁是分布式系统中一个极为重要的工具。目前有多种分布式锁的设计方案,比如借助 redis,mq,数据库,zoo...【详细内容】
2023-10-30  Search: 分布式锁  点击:(268)  评论:(0)  加入收藏
Redis分布式锁失效,数据是否仍存在于内存中?
正文大家好,我是小米,欢迎来到小米的技术分享!今天,我要和大家一起探讨一个有趣而又深奥的话题:Redis分布式锁失效了,数据还存在Redis内存中吗?这个问题在面试中经常被提出,也是我们...【详细内容】
2023-10-11  Search: 分布式锁  点击:(320)  评论:(0)  加入收藏
Redis魔法:点燃分布式锁的奇妙实现
分布式锁是一种用于在分布式系统中控制对共享资源的访问的锁。它与传统的单机锁不同,因为它需要在多个节点之间协调以确保互斥访问。本文将介绍什么是分布式锁,以及使用Redis...【详细内容】
2023-10-11  Search: 分布式锁  点击:(246)  评论:(0)  加入收藏
分布式锁,原来这么简单!
作者 | 蔡柱梁审校 | 重楼目录 分布式锁介绍 如何实现分布式锁 实现分布式锁1 分布式锁介绍现在的服务往往都是多节点,在一些特定的场景下容易产生并发问题,比如扣减库存,送完...【详细内容】
2023-09-22  Search: 分布式锁  点击:(232)  评论:(0)  加入收藏
lua+redis:分布式锁解决方案分享
介绍当我们涉及到多进程或多节点的分布式系统时,传统的单机锁机制不再足够应对并发控制的需求。这是因为在分布式环境中,多个进程或节点同时访问共享资源,传统锁无法有效地协调...【详细内容】
2023-09-13  Search: 分布式锁  点击:(342)  评论:(0)  加入收藏
分布式锁的3种实现!
分布式锁是一种用于保证分布式系统中多个进程或线程同步访问共享资源的技术。同时它又是面试中的常见问题,所以我们本文就重点来看分布式锁的具体实现(含实现代码)。在分布式系...【详细内容】
2023-09-13  Search: 分布式锁  点击:(309)  评论:(0)  加入收藏
▌简易百科推荐
对于微服务架构监控应该遵守的原则
随着软件交付方式的变革,微服务架构的兴起使得软件开发变得更加快速和灵活。在这种情况下,监控系统成为了微服务控制系统的核心组成部分。随着软件的复杂性不断增加,了解系统的...【详细内容】
2024-04-03  步步运维步步坑    Tags:架构   点击:(5)  评论:(0)  加入收藏
大模型应用的 10 种架构模式
作者 | 曹洪伟在塑造新领域的过程中,我们往往依赖于一些经过实践验证的策略、方法和模式。这种观念对于软件工程领域的专业人士来说,已经司空见惯,设计模式已成为程序员们的重...【详细内容】
2024-03-27    InfoQ  Tags:架构模式   点击:(13)  评论:(0)  加入收藏
哈啰云原生架构落地实践
一、弹性伸缩技术实践1.全网容器化后一线研发的使用问题全网容器化后一线研发会面临一系列使用问题,包括时机、容量、效率和成本问题,弹性伸缩是云原生容器化后的必然技术选择...【详细内容】
2024-03-27  哈啰技术  微信公众号  Tags:架构   点击:(10)  评论:(0)  加入收藏
DDD 与 CQRS 才是黄金组合
在日常工作中,你是否也遇到过下面几种情况: 使用一个已有接口进行业务开发,上线后出现严重的性能问题,被老板当众质疑:“你为什么不使用缓存接口,这个接口全部走数据库,这怎么能扛...【详细内容】
2024-03-27  dbaplus社群    Tags:DDD   点击:(11)  评论:(0)  加入收藏
高并发架构设计(三大利器:缓存、限流和降级)
软件系统有三个追求:高性能、高并发、高可用,俗称三高。本篇讨论高并发,从高并发是什么到高并发应对的策略、缓存、限流、降级等。引言1.高并发背景互联网行业迅速发展,用户量剧...【详细内容】
2024-03-13    阿里云开发者  Tags:高并发   点击:(6)  评论:(0)  加入收藏
如何判断架构设计的优劣?
架构设计的基本准则是非常重要的,它们指导着我们如何构建可靠、可维护、可测试的系统。下面是这些准则的转换表达方式:简单即美(KISS):KISS原则的核心思想是保持简单。在设计系统...【详细内容】
2024-02-20  二进制跳动  微信公众号  Tags:架构设计   点击:(36)  评论:(0)  加入收藏
详解基于SpringBoot的WebSocket应用开发
在现代Web应用中,实时交互和数据推送的需求日益增长。WebSocket协议作为一种全双工通信协议,允许服务端与客户端之间建立持久性的连接,实现实时、双向的数据传输,极大地提升了用...【详细内容】
2024-01-30  ijunfu  今日头条  Tags:SpringBoot   点击:(10)  评论:(0)  加入收藏
PHP+Go 开发仿简书,实战高并发高可用微服务架构
来百度APP畅享高清图片//下栽のke:chaoxingit.com/2105/PHP和Go语言结合,可以开发出高效且稳定的仿简书应用。在实现高并发和高可用微服务架构时,我们可以采用一些关键技术。首...【详细内容】
2024-01-14  547蓝色星球    Tags:架构   点击:(115)  评论:(0)  加入收藏
GraalVM与Spring Boot 3.0:加速应用性能的完美融合
在2023年,SpringBoot3.0的发布标志着Spring框架对GraalVM的全面支持,这一支持是对Spring技术栈的重要补充。GraalVM是一个高性能的多语言虚拟机,它提供了Ahead-of-Time(AOT)编...【详细内容】
2024-01-11    王建立  Tags:Spring Boot   点击:(124)  评论:(0)  加入收藏
Spring Boot虚拟线程的性能还不如Webflux?
早上看到一篇关于Spring Boot虚拟线程和Webflux性能对比的文章,觉得还不错。内容较长,抓重点给大家介绍一下这篇文章的核心内容,方便大家快速阅读。测试场景作者采用了一个尽可...【详细内容】
2024-01-10  互联网架构小马哥    Tags:Spring Boot   点击:(115)  评论:(0)  加入收藏
站内最新
站内热门
站内头条