分布式锁实现
作者:互联网
分布式之分布式锁
1. 分布式锁
为了解决集群中多主机上不同线程之间的同步,需要在分布式系统中有类似于单主机下用于进程/线程同步的锁,也即分布式锁
1.1 基于MySQL
1.1.1 关键点
通过使用innodb提供的行锁来保证互斥性,来作为不同主机上线程的同步
1.1.2 可重入悲观锁实现
1)建表
create table if not exists lock_table(
`id` int primary key ,
`resource_name` varchar(10) ,
`locker` varchar(20),
`reentrant_cnt` int,
`create_time` bigint(20),
`update_time` bigint(20),
unique key(resource_name))
ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
其中resource_name也即资源的名称,locker代表上锁者,reentrant_cnt代表重入次数
2)上锁
假设client_1对资源a上锁,流程如下
select * from lock_table where resource_name = 'a' for update;
这里先检查是否存在a
记录,如果
-
存在
比较记录中的locker是否是client_1的ip,如果
-
不是
等待一段时间后,重新尝试读取
-
是
update lock_table set reentrant_cnt = reentrant_cnt+1 where resource_name = 'a';
-
-
不存在
insert into lock_table(resource_name,locker,reentrant_cnt) value('a','ip:port',1);
3)解锁
假设client_1对资源a解锁,流程如下
select * from lock_table where resource_name = 'a' for update;
这里先检查是否存在a
记录,这里查到是自己的记录,如果cnt的值
-
为1
delete from lock_table where resource_name = 'a'
-
大于1
update lock_table set reentrant_cnt = reentrant_cnt-1 where resource_name = 'a';
1.1.3 优劣
-
优
- 容易实现
- 只使用mysql就可以完成
-
劣
-
锁超时
需要手动管理锁的超时
-
性能差
需要开启事务来处理,并发量受限于MySQL的最大连接数
-
1.2 基于 zookeeper
1.2.1 关键点
使用zookeeper的watch机制来满足互斥性
1)watch机制定义
类比于观察者模式,支持如下监听事件
- NodeCreated 节点创建:
exits()
- NodeDataChanged 节点数据改变:
exits()
、getData()
- NodeDeleted 节点删除:
exits()
、getData()
、getChildren()
- NodeChildrenChanged 子节点改变:
getChildren()
后面的方法均为读操作,可以指定标志位代表是否开启监听,对应于命令为加入-w参数get -w /root/...
2)watch机制使用流程
- 客户端注册监听事件及回调函数到客户端的watchManager
- 发起开启监听的读操作,假设调用getData()
- 服务端zookeeper注册该watch事件
- 当对应的节点数据改变、删除时,zookeeper内的事件被消耗,告知所有监听此节点的客户端
- watchManager触发对应事件的回调函数
1.2.2 可重入悲观锁实现
1)上锁
假设client_1想要对资源resource_1
上锁,流程如下
-
创建如下的树结构
/root ----> /locks ----> resource_1 | | | | ----> ... ----> resource_2 | | ...
-
client_1在resource_1下创建节点,假设为
-
加读锁
则创建为ip1_port1_readlock_reentrantcnt_lockcnt,reentrantcnt代表重入次数,lock_cnt代表resource_1被上的读锁次数,最后的序号为zookeeper给出的,之后,client_1调用getChildren查出resource_1的所有子节点,如果
- 之前没有写锁,只有读锁且序号(lock_cnt)小于自己或没有读锁,则上锁成功
- 否则,上锁失败,对上一个写请求的节点注册watch
-
加写锁,则创建为ip1_port1_writelock_reentrantcnt_lockcnt,reentrantcnt代表重入次数,lock_cnt代表resource_1被上的读锁次数,最后的序号为zookeeper给出的,之后,client_1调用getChildren查出resource_1的所有子节点,如果
- 之前没有任何锁或均为自己的上锁记录,则上锁成功
- 否则,上锁失败,对上一个节点注册watch
-
当注册的监听事件触发时,就代表上锁成功
上过锁的示例图如下
/root ----> /locks ----> resource_1 ----> /ip1_port1_readlock_reentrantcnt_lockcnt-000000
| | |
| | ----> /ip2_port2_writelock_reentrantcnt_lockcnt-000001
----> ... ----> resource_2
|
|
...
2)解锁
只需要删除对应路径下的节点即可
1.1.3 优劣
-
优
- 容易实现
- 创建节点时均为临时节点,当会话超时节点会被删除
- 由于cp特性,可以保证集群内强一致性
-
劣
-
集群压力
集群应对不了过大的客户端并发连接数
-
性能差
相较于基于缓存的分布式锁,性能较差
-
1.3 基于Redis
1.3.1 关键点
通过利用redis的缓存特性,主要为存取快及支持过期机制,来实现分布式锁
1.3.2 悲观锁实现
1)上锁
假设client_1想要对资源a
上锁,流程如下
-
调用setnx a ip:port,如果
-
失败
则a已经被占用
-
成功则上锁完成
-
-
调用expire a timeout来设定锁的过期时间
2)解锁
- 判断a是否存在,有可能时间过长已经过期
- 如果存在,del a
1.3.3 改进
上面方案存在如下问题
-
原子性
如果setnx和expire没有一次执行完,或者expire没有执行成功,此时client挂掉,则不会执行del,这样就产生了死锁
-
可重入
上面方案只可以标记是否占用,不可以标记重入次数
-
阻塞
如果set失败,则需要客户端周期性尝试
-
过期时间过短
假设client_1对a上锁后,执行了很长时间,超过了a的过期时间,且client_2在过期时间后,就可以成功对a上锁,之后client_1执行结束,就会释放掉不属于自己的锁
因而提出下面改进
-
原子性
使用
set a value ex 5 nx
来保证命令的原子性 -
可重入
改为使用hash结构,用value表示重入次数
-
阻塞
使用redis的发布订阅模式,来达到异步通知,不需要循环尝试
-
过期时间过短
还是刚才的例子,可以让client_1创建守护线程在过期时间达到前,检查是否还占用锁,如果占用则延长过期时间
# 参考
再有人问你分布式锁,这篇文章扔给他 - 掘金 (juejin.cn)
ZooKeeper Watch 机制源码解析 - Spongecaptain 的个人技术博客
14.0 Zookeeper 分布式锁实现原理 | 菜鸟教程 (runoob.com)
分布式锁用Redis还是Zookeeper? - 知乎 (zhihu.com)
分布式锁的实现之 redis 篇 | 小米信息部技术团队 (xiaomi-info.github.io)
标签:cnt,resource,实现,lock,上锁,client,节点,分布式 来源: https://www.cnblogs.com/lins1/p/15239045.html