Java面试之分布式篇

本文涉及的产品
云数据库 Tair(兼容Redis),内存型 2GB
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
注册配置 MSE Nacos/ZooKeeper,182元/月
简介: Java面试之分布式篇

1.为什么需要分布式锁?

(1)在单体应用的时候,如果多个线程要访问共享资源的时候,我们通常使用线程间加锁的机制,在某一个时刻,只有一个线程可以对这个资源进行操作,其他线程需要等待锁的释放,Java中也有一些处理锁的机制,比如synchronized。

(2)而到了分布式的环境中,当某个资源可以被多个系统访问使用到的时候,为了保证大家访问这个数据是一致性的,那么就要求再同一个时刻,只能被一个系统使用,这时候线程之间的锁机制就无法起到作用了。因为分布式环境中,系统是会部署到不同的机器上面的,每个机器都有自己的jvm,每个jvm都有自己的synchronized,锁不住其他系统的数据。

2.分布式锁的实现方案

2.1 用数据库实现

①就是创建一张锁表,数据库对字段作唯一性约束。

②加锁的时候,在锁表中增加一条记录即可;释放锁的时候删除锁记录就行。

③如果有并发请求同时提交到数据库,数据库会保证只有一个请求能够得到锁。

④这种属于数据库IO操作,效率不高,而且频繁操作会增大数据库的开销,因此这种方式在高并发、高性能的场景中用的不多。

2.2 基于redis分布式锁

(1)理论上来说使用缓存来实现分布式锁的效率最高,加锁速度最快,因为Redis几乎都是纯内存操作,而基于数据库的方案和基于Zookeeper的方案都会涉及到磁盘文件IO,效率相对低下。

(2)redis提供了SETNX命令去实现锁的排他性,还可以使用expire命令去设置锁的失效时间从而避免死锁的问题。对于加锁与设置过期时间是非原子操作,我们可以使用Lua脚本。

补充:基于setnx实现分布式锁存在的问题:

①不可重入:同一个线程无法多次获取同一把锁(线程外层方法获取后,在内层方法不能再次获取)

②不可重试:获取锁只尝试一次就返回false,没有重试机制

③超时释放:锁超时释放虽然可以避免死锁,但是如果业务执行耗时特别长,也会导致锁超时释放,存在安全隐患

④主从一致性:如果redis提供了主从集群,主从同步存在延迟,当主机宕机时,如果从节点没有及时同步锁;那么其他线程就有可能认为没有锁,会抢占到锁

(3)Redisson框架提供了一个分布式锁的封装实现,并且内置了一个叫看门狗Watch Dog的机制,来对加锁成功后还想继续持有锁的进行key的续期。

a.可重入:利用hash结构记录线程id和重入次数

b.可重试:利用信号量和PubSub功能实现等待、唤醒,获取锁失败的重试机制

c.超时续约:利用watchDog,每隔一段时间(releaseTime(锁的持有时间) / 3),重置超时时间

①Redisson的使用

/** waitTimeout 尝试获取锁的最大等待时间,超过这个值,则认为获取锁失败
  * leaseTime   锁的持有时间,超过这个时间锁会自动失效
  * (值应设置为大于业务处理的时间,确保在锁有效期内业务能处理完)
*/
boolean res = rLock.tryLock((long)waitTimeout, (long)leaseTime, TimeUnit.SECONDS);

②Redisson分布式锁原理图

注意:使用默认的leaseTime才会启动看门狗机制

(4)如果线程1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节点发生了故障,一个slave节点就会升级为master节点。线程2就可以获取到这个key的锁了,但是线程1已经拿到锁了,锁的安全性就没有了,可以使用RedLock

2.3 基于Zookeeper

Zookeeper利用临时有序节点实现分布式锁。(缺点:客户端在持有锁期间,需要定期向Zookeeper发送心跳,以保持锁的状态。如果客户端因为异常退出或网络故障等原因无法发送心跳,Zookeeper会认为客户端已经释放了锁。)

在zookeeper中建一个分布式锁的节点。

步骤1:客户端A在锁的节点创建一个临时有序节点001

步骤2:看001是不是第一个节点,看序号有没有比它小的,是第一个节点就获取到锁。

步骤3:客户端B创建临时有序节点002

步骤4:判断002是否是第一个节点,不是第一个节点则给上一个节点用watch加监听器。

步骤5:客户端A执行完业务逻辑后,需要释放锁了,删除临时有序节点

步骤5:等到第一个节点释放锁,删除了节点后就会被002监听到。

步骤6:zookeeper通知客户端B第一个节点被删除了。

步骤8:此时客户端B就会再次判断自己是不是第一个节点

步骤9:是的话就会加锁成功

补充:

1.1 zookeeper节点分类:

①临时节点:与客户端断开连接后删除

a.临时目录节点:节点名称不编号

b.临时有序节点:节点名称进行顺序编号

②持久节点:与客户端断开连接后不删除

a.持久目录节点:节点名称不编号

b.持久有序节点:节点名称进行顺序编号

1.2 临时有序节点可以通过watch命令监听到节点的增删改

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