目前几乎很多大型网站及应用都是分布式部署的，分布式场景中的数据一致性问题一直是一个比较重要的话题。分布式的CAP理论告诉我们“任何一个分布式系统都无法同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance），最多只能同时满足两项。”所以，很多系统在设计之初就要对这三者做出取舍。在互联网领域的绝大多数的场景中，都需要牺牲强一致性来换取系统的高可用性，系统往往只需要保证“最终一致性”，只要这个最终时间是在用户可以接受的范围内即可。在很多场景中，我们为了保证数据的最终一致性，需要很多的技术方案来支持，比如分布式事务、分布式锁等。
什么是分布式锁
分布式锁一般用在分布式系统或者多个应用中，用来控制同一任务是否执行或者任务的执行顺序。在项目中，部署了多个tomcat应用，在执行定时任务时就会遇到同一任务可能执行多次的情况，我们可以借助分布式锁，保证在同一时间只有一个tomcat应用执行了定时任务。
分布式锁有那些实现方案
1.使用数据库实现分布式锁（不推荐使用）
缺点:效率低，性能差、线程出现异常时，容易出现死锁。
2.使用redis实现分布式锁
缺点:锁的失效时间难控制、容易产生死锁、非阻塞式、不可重入。
3.使用zookeeper实现分布式锁
实现相对简单、可靠性强、使用临时节点，失效时间容易控制。
4.springcloud内置实现全局锁
比较冷门，但是效率最高，实现简单，失效时间容易控制。
应用场景
分布式锁主要用于在分布式环境中保护跨进程、跨主机、跨网络的共享资源实现互斥访问，以达到保证数据的一致性。
实现原理
利用Zookeeper来实现分布式锁，主要基于其临时(或临时有序)节点和watch机制。
架构分析
实现思路和流程
1、在zookeeper指定节点（locker）下创建临时顺序节点node_n。
2、获取locker下所有子节点children。
3、对子节点按节点自增序号从小到大排序。
4、判断本节点是不是第一个子节点，若是，则获取锁；若不是，则等待。
5、使用zookeeper感知节点的功能，对本节点的上一个节点进行感知。
6、当上一个节点被删除了，zookeeper会通知该线程，该线程就结束等待，并获取锁。
7、释放锁，并删除该临时节点。
具体实现代码
下面就具体使用java和zookeeper实现分布式锁，操作zookeeper使用的是apache提供的zookeeper的包。
分布式锁类
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import org.apache.zookeeper.*; import org.apache.zookeeper.data.Stat; import java.io.IOException; import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; import java.util.List; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; /** * Lock：Java的锁接口，并实现该接口的抽象方法 * Watcher：zookeeper的节点感知接口，并实现process方法，当节点有改变时，会调用该方法 */ public class DistributedLock implements Lock, Watcher { private ZooKeeper zk = null; // 根节点 private String ROOT_LOCK = "/locker"; // 竞争的资源 private String lockName; // 等待的前一个锁 private String WAIT_LOCK; // 当前锁 private String CURRENT_LOCK; // 同步计数器 private CountDownLatch countDownLatch; private int sessionTimeout = 30000; /** * 配置分布式锁 * @param config 连接的url * @param lockName 竞争资源 */ public DistributedLock(String config, String lockName) { this.lockName = lockName; try { // 连接zookeeper zk = new ZooKeeper(config, sessionTimeout, this); Stat stat = zk.exists(ROOT_LOCK, false); if (stat == null) { // 如果根节点不存在，则创建根节点 zk.create(ROOT_LOCK, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (KeeperException e) { e.printStackTrace(); } } // 节点感知器，感知到节点变化会调用该方法 public void process(WatchedEvent event) { System.out.println("感知节点变化类型："+event.getType().name()); if (this.countDownLatch != null) { //如果同步计数器不为null，则减一 this.countDownLatch.countDown(); } } public void lock() { try { if (this.tryLock()) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + lockName + "获得了锁"); return; } else { // 等待锁 waitForLock(WAIT_LOCK, sessionTimeout); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (KeeperException e) { e.printStackTrace(); } } public boolean tryLock() { try { String splitStr = "_lock_"; if (lockName.contains(splitStr)) { throw new RuntimeException("锁名有误"); } // 创建临时有序节点 CURRENT_LOCK = zk.create(ROOT_LOCK + "/" + lockName + splitStr, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL); System.out.println(CURRENT_LOCK + " 已经创建"); // 取所有子节点 List subNodes = zk.getChildren(ROOT_LOCK, false); // 取出所有lockName的锁 List lockObjects = new ArrayList(); for (String node : subNodes) { String _node = node.split(splitStr)[0]; if (_node.equals(lockName)) { lockObjects.add(node); } } Collections.sort(lockObjects); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的锁是 " + CURRENT_LOCK); // 若当前节点为最小节点，则获取锁成功 if (CURRENT_LOCK.equals(ROOT_LOCK + "/" + lockObjects.get(0))) { return true; } // 若不是最小节点，则找到自己的前一个节点 String prevNode = CURRENT_LOCK.substring(CURRENT_LOCK.lastIndexOf("/") + 1); WAIT_LOCK = lockObjects.get(Collections.binarySearch(lockObjects, prevNode) - 1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (KeeperException e) { e.printStackTrace(); } return false; } public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) { try { if (this.tryLock()) { return true; } return waitForLock(WAIT_LOCK, timeout); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return false; } // 等待锁 private boolean waitForLock(String prev, long waitTime) throws KeeperException, InterruptedException { //获取并感知上一个节点 Stat stat = zk.exists(ROOT_LOCK + "/" + prev, true); if (stat != null) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待锁 " + ROOT_LOCK + "/" + prev); //初始化同步计数器，计数为1，当同步计数器为0，主线程才会向下执行 this.countDownLatch = new CountDownLatch(1); // 计数等待，若等到前一个节点消失，则precess中进行countDown，停止等待，获取锁 this.countDownLatch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS); this.countDownLatch = null; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 等到了锁"); } return true; } public void unlock() { try { System.out.println("释放锁 " + CURRENT_LOCK); zk.delete(CURRENT_LOCK, -1); CURRENT_LOCK = null; zk.close(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (KeeperException e) { e.printStackTrace(); } } public Condition newCondition() { return null; } public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { this.lock(); } } |
测试类
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public class Test { static int n = 500; public static void secskill() { System.out.println(--n); } public static void main(String[] args) { Runnable runnable = new Runnable() { public void run() { DistributedLock lock = null; try { lock = new DistributedLock("127.0.0.1:2181", "node"); lock.lock(); secskill(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行"); } finally { if (lock != null) { lock.unlock(); } } } }; for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread t = new Thread(runnable); t.start(); } } } |
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