Java中单体应用锁的局限性&分布式锁

简介: 在互联网系统发展之初,系统比较简单,消耗资源小,用户访问量也比较少,我们只部署一个Tomcat应用就可以满足需求。系统架构图如下:

互联网系统架构的演进

在互联网系统发展之初,系统比较简单,消耗资源小,用户访问量也比较少,我们只部署一个Tomcat应用就可以满足需求。系统架构图如下:

image.png

一个Tomcat可以看作是一个JVM进程,当大量的请求并发到达系统时,所有的请求都落在这唯一的一个Tomcat上,如果某些请求方法是需要加锁的,比如:秒杀扣减库存,是可以满足需求的,这和我们前面章节所讲的内容是一样的。但是随着访问量的增加,导致一个Tomcat难以支撑,这时我们就要集群部署Tomcat,使用多个Tomcat共同支撑整个系统。系统架构图如下:

image.png

上图中,我们部署了两个Tomcat,共同支撑系统。当一个请求到达系统时,首先会经过Nginx,Nginx主要是做负载转发的,它会根据自己配置的负载均衡策略将请求转发到其中的一个Tomcat中。当大量的请求并发访问时,两个Tomcat共同承担所有的访问量,这时,我们同样在秒杀扣减库存的场景中,使用单体应用锁,还能够满足要求吗?

单体应用锁的局限性

如上图所示,在整个系统架构中,存在两个Tomcat,每个Tomcat是 -个JVM。在进行秒杀业务的时候,由于大家都在抢购秒杀商品,大量的请求同时到达系统,通过Nginx分 发到两个Tomcat上。我们通过一个极端的案例场景, 可以更好地理解单体应用锁的局限性。假如,秒杀商品的数量只有1个,这时,这些大量的请求当中,只有一个请求可以成功的抢到这个商品,这就需要在扣减库存的方法.上加锁,扣减库存的动作只能一个一个去执行,而不能同时去执行如果同时执行,这1个商品可能同时被多个人抢到,从而产生超卖现象。加锁之后,扣减库存的动作一个一个去执行,凡是将库存扣减为负数的,都抛出异常,提示该用户没有抢到商品。通过加锁看似解决了秒杀的问题,但是事实,上真的是这样吗?

我们看到系统中存在两个Tomcat,我们加的锁是JDK提供的锁,这种锁只能在一个JVM下起作用,也就是在一个Tomcat内是没有问题的。当存在两个或两个以上的Tomcat时,大量的并发请求分散到不同的Tomcat_上,在每一一个Tomcat中都可以防止并发的产生,但是在多个Tomcat之间,每个Tomcat中获得锁的这个请求,又产生了并发从而产生超卖现象。这也就是单体应用锁的局限性,它只能在一个JVM内加锁,而不能从这个应用层面去加锁。

那么这个问题如何解决呢?这就需要使用分布式锁了,在整个应用层面去加锁。什么是分布式锁呢?我们怎么去使用分布式锁呢?

什么是分布式锁

在说分布式锁之前,我们看一看单体应用锁的特点,单体应用锁是在一个JVM进程内有效,无法跨JVM、跨进程。那么分布式锁的定义就出来了,分布式锁就是可以跨越多个JVM、跨越多个进程的锁,这种锁就叫做分布式锁。

分布式锁的设计思路

image.png

在上图中,由于Tomcat是由Java启动的,所以每个Tomcat可以看成一个JVM,JVM内部的锁是无法跨越多个进程的。所以,我们要实现分布式锁,我们只能在这些JVM之外去寻找,通过其他的组件来实现分布式锁。系统的架构如图所示:

image.png

两个Tomcat通过第三方的组件实现跨JVM、跨进程的分布式锁。这就是分布式锁的解决思路,找到所有JVM可以共同访问的第三方组件,通过第三方组件实现分布式锁。

目前存在的分布式的方案

分布式锁都是通过第三方组件来实现的,目前比较流行的分布式锁的解决方案有:

  • 数据库,通过数据库可以实现分布式锁,但是在高并发的情况下对数据库压力较大,所以很少使用。
  • Redis,借助Redis也可以实现分布式锁,而且Redis的Java客户端种类很多,使用的方法也不尽相同。
  • Zookeeper,Zookeeper也可以实现分布式锁,同样Zookeeper 也存在多个Java客户端,使用方法也不相同。

本人最近搭建了程序员专属的编程资料个人网站:程序员波特,主要记录Java相关技术系列教程,面试题的收集和整理等,让上班摸鱼的你,不再无聊。

相关文章
|
4天前
|
Java 程序员 开发者
深入理解Java并发编程:线程同步与锁机制
【4月更文挑战第30天】 在多线程的世界中,确保数据的一致性和线程间的有效通信是至关重要的。本文将深入探讨Java并发编程中的核心概念——线程同步与锁机制。我们将从基本的synchronized关键字开始,逐步过渡到更复杂的ReentrantLock类,并探讨它们如何帮助我们在多线程环境中保持数据完整性和避免常见的并发问题。文章还将通过示例代码,展示这些同步工具在实际开发中的应用,帮助读者构建对Java并发编程深层次的理解。
|
2天前
|
安全 IDE Java
Java串口通信技术探究2:RXTX库单例测试及应用
Java串口通信技术探究2:RXTX库单例测试及应用
16 4
|
2天前
|
设计模式 存储 前端开发
18:JavaBean简介及其在表单处理与DAO设计模式中的应用-Java Web
18:JavaBean简介及其在表单处理与DAO设计模式中的应用-Java Web
16 4
|
2天前
|
存储 前端开发 安全
13:会话跟踪技术Session的深度应用与实践-Java Web
13:会话跟踪技术Session的深度应用与实践-Java Web
14 3
|
2天前
|
存储 前端开发 搜索推荐
12:会话跟踪技术Cookie的深度应用与实践-Java Web
12:会话跟踪技术Cookie的深度应用与实践-Java Web
13 4
|
2天前
|
XML 存储 Java
11:Servlet中初始化参数的获取与应用-Java Web
11:Servlet中初始化参数的获取与应用-Java Web
13 3
|
2天前
|
Java
JAVA难点包括异常处理、多线程、泛型和反射,以及复杂的分布式系统知识
JAVA难点包括异常处理、多线程、泛型和反射,以及复杂的分布式系统知识。入坑JAVA因它的面向对象特性、平台无关性、强大的标准库和活跃的社区支持。
12 2
|
3天前
|
Java 编译器 Android开发
构建高效Android应用:探究Kotlin与Java的性能差异
【5月更文挑战第1天】 在移动开发的世界中,性能优化始终是开发者关注的焦点。随着Kotlin的兴起,许多团队和开发者面临着一个选择:是坚持传统的Java语言,还是转向现代化、更加简洁的Kotlin?本文通过深入分析和对比Kotlin与Java在Android应用开发中的性能表现,揭示两者在编译效率、运行速度和内存消耗等方面的差异。我们将探讨如何根据项目需求和团队熟悉度,选择最适合的语言,以确保应用的高性能和流畅体验。
|
3天前
|
安全 Java 程序员
Java并发编程:理解并应用ReentrantLock
【4月更文挑战第30天】 在多线程的世界中,高效且安全地管理共享资源是至关重要的。本文深入探讨了Java中的一种强大同步工具——ReentrantLock。我们将从其设计原理出发,通过实例演示其在解决并发问题中的实际应用,以及如何比传统的synchronized关键字提供更灵活的锁定机制。文章还将讨论在使用ReentrantLock时可能遇到的一些挑战和最佳实践,帮助开发者避免常见陷阱,提高程序性能和稳定性。
|
3天前
|
供应链 Java API
Java 8新特性解析及应用区块链技术在供应链管理中的应用与挑战
【4月更文挑战第30天】本文将深入探讨Java 8的新特性,包括Lambda表达式、Stream API和Optional类等。通过对这些新特性的详细解析和应用实例,帮助读者更好地理解和掌握Java 8的新技术。