SpringCloud 分布式锁的多种实现(二)

本文涉及的产品
Redis 开源版,标准版 2GB
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简介: SpringCloud 分布式锁的多种实现

3.5 Redisson


对于可能存在锁过期释放,业务没执行完的问题。我们可以稍微把锁过期时间设置长一些,大于正常业务处理时间就好啦。如果你觉得不是很稳,还可以给获得锁的线程,开启一个定时守护线程,每隔一段时间检查锁是否还存在,存在则对锁的过期时间延长,防止锁过期提前释放。


当前开源框架Redisson解决了这个问题。可以看下Redisson底层原理图:


38.png


只要线程一加锁成功,就会启动一个watch dog看门狗,它是一个后台线程,会每隔10秒检查一下,如果线程1还持有锁,那么就会不断的延长锁key的生存时间。因此,Redisson就是使用watch dog解决了锁过期释放,业务没执行完问题。


3.6 Redisson + RedLock


前面六种方案都只是基于Redis单机版的分布式锁讨论,还不是很完美。因为Redis一般都是集群部署的:


39.png


如果线程一在Redis的master节点上拿到了锁,但是加锁的key还没同步到slave节点。恰好这时,master节点发生故障,一个slave节点就会升级为master节点。线程二就可以顺理成章获取同个key的锁啦,但线程一也已经拿到锁了,锁的安全性就没了。


为了解决这个问题,Redis作者antirez提出一种高级的分布式锁算法:Redlock。它的核心思想是这样的:


部署多个Redis master,以保证它们不会同时宕掉。并且这些master节点是完全相互独立的,相互之间不存在数据同步。同时,需要确保在这多个master实例上,是与在Redis单实例,使用相同方法来获取和释放锁。


我们假设当前有5个Redis master节点,在5台服务器上面运行这些Redis实例。

40.png


RedLock的实现步骤:

获取当前时间,以毫秒为单位。

按顺序向5个master节点请求加锁。客户端设置网络连接和响应超时时间,并且超时时间要小于锁的失效时间。(假设锁自动失效时间为10秒,则超时时间一般在5-50毫秒之间,我们就假设超时时间是50ms吧)。如果超时,跳过该master节点,尽快去尝试下一个master节点。

客户端使用当前时间减去开始获取锁时间(即步骤1记录的时间),得到获取锁使用的时间。当且仅当超过一半(N/2+1,这里是5/2+1=3个节点)的Redis master节点都获得锁,并且使用的时间小于锁失效时间时,锁才算获取成功。(如上图,10s> 30ms+40ms+50ms+4m0s+50ms)

如果取到了锁,key的真正有效时间就变啦,需要减去获取锁所使用的时间。

如果获取锁失败(没有在至少N/2+1个master实例取到锁,有或者获取锁时间已经超过了有效时间),客户端要在所有的master节点上解锁(即便有些master节点根本就没有加锁成功,也需要解锁,以防止有些漏网之鱼)。


简化下步骤就是:

  • 按顺序向5个master节点请求加锁
  • 根据设置的超时时间来判断,是不是要跳过该master节点。
  • 如果大于等于3个节点加锁成功,并且使用的时间小于锁的有效期,即可认定加锁成功啦。
  • 如果获取锁失败,解锁!


Redisson实现了redLock版本的锁,有兴趣的小伙伴,可以去了解一下哈~


4. Zookeeper分布式锁


在学习Zookeeper分布式锁之前,我们复习一下Zookeeper的节点哈。


Zookeeper的节点Znode有四种类型:


持久节点:默认的节点类型。创建节点的客户端与zookeeper断开连接后,该节点依旧存在。

持久节点顺序节点:所谓顺序节点,就是在创建节点时,Zookeeper根据创建的时间顺序给该节点名称进行编号,持久节点顺序节点就是有顺序的持久节点。

临时节点:和持久节点相反,当创建节点的客户端与zookeeper断开连接后,临时节点会被删除。

临时顺序节点:有顺序的临时节点。

Zookeeper分布式锁实现应用了临时顺序节点。这里不贴代码啦,来讲下zk分布式锁的实现原理吧。


4.1 zk获取锁过程


当第一个客户端请求过来时,Zookeeper客户端会创建一个持久节点locks。如果它(Client1)想获得锁,需要在locks节点下创建一个顺序节点lock1.如图


41.png

接着,客户端Client1会查找locks下面的所有临时顺序子节点,判断自己的节点lock1是不是排序最小的那一个,如果是,则成功获得锁。


42.png


这时候如果又来一个客户端client2前来尝试获得锁,它会在locks下再创建一个临时节点lock2


43.png


客户端client2一样也会查找locks下面的所有临时顺序子节点,判断自己的节点lock2是不是最小的,此时,发现lock1才是最小的,于是获取锁失败。获取锁失败,它是不会甘心的,client2向它排序靠前的节点lock1注册Watcher事件,用来监听lock1是否存在,也就是说client2抢锁失败进入等待状态。


44.png

此时,如果再来一个客户端Client3来尝试获取锁,它会在locks下再创建一个临时节点lock3


45.png


同样的,client3一样也会查找locks下面的所有临时顺序子节点,判断自己的节点lock3是不是最小的,发现自己不是最小的,就获取锁失败。它也是不会甘心的,它会向在它前面的节点lock2注册Watcher事件,以监听lock2节点是否存在。


46.png


4.2 释放锁

我们再来看看释放锁的流程,Zookeeper的客户端业务完成或者发生故障,都会删除临时节点,释放锁。如果是任务完成,Client1会显式调用删除lock1的指令


47.png


如果是客户端故障了,根据临时节点得特性,lock1是会自动删除的


48.png


lock1节点被删除后,Client2可开心了,因为它一直监听着lock1。lock1节点删除,Client2立刻收到通知,也会查找locks下面的所有临时顺序子节点,发下lock2是最小,就获得锁。


49.png


同理,Client2获得锁之后,Client3也对它虎视眈眈,啊哈哈~


Zookeeper设计定位就是分布式协调,简单易用。如果获取不到锁,只需添加一个监听器即可,很适合做分布式锁。

Zookeeper作为分布式锁也缺点:如果有很多的客户端频繁的申请加锁、释放锁,对于Zookeeper集群的压力会比较大。


5. 三种分布式锁对比

5.1 数据库分布式锁实现

优点:

  • 简单,使用方便,不需要引入Redis、zookeeper等中间件。

缺点:

  • 不适合高并发的场景
  • db操作性能较差;


5.2 Redis分布式锁实现

优点:

  • 性能好,适合高并发场景
  • 较轻量级
  • 有较好的框架支持,如Redisson

缺点:

  • 过期时间不好控制
  • 需要考虑锁被别的线程误删场景


5.3 Zookeeper分布式锁实现

缺点:

  • 性能不如redis实现的分布式锁
  • 比较重的分布式锁。

优点:

  • 有较好的性能和可靠性
  • 有封装较好的框架,如Curator


5.4 对比汇总


从性能角度(从高到低)Redis > Zookeeper >= 数据库;

从理解的难易程度角度(从低到高)数据库 > Redis > Zookeeper;

从实现的复杂性角度(从低到高)Zookeeper > Redis > 数据库;

从可靠性角度(从高到低)Zookeeper > Redis > 数据库。


最后(求关注,别白嫖我)

5.2 Redis分布式锁实现


优点:

  • 性能好,适合高并发场景
  • 较轻量级
  • 有较好的框架支持,如Redisson

缺点:

  • 过期时间不好控制
  • 需要考虑锁被别的线程误删场景


5.3 Zookeeper分布式锁实现

缺点:

  • 性能不如redis实现的分布式锁
  • 比较重的分布式锁。

优点:

  • 有较好的性能和可靠性
  • 有封装较好的框架,如Curator



5.4 对比汇总


从性能角度(从高到低)Redis > Zookeeper >= 数据库;

从理解的难易程度角度(从低到高)数据库 > Redis > Zookeeper;

从实现的复杂性角度(从低到高)Zookeeper > Redis > 数据库;

从可靠性角度(从高到低)Zookeeper > Redis > 数据库。


最后(求关注,别白嫖我)

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