分布式锁实战,分布式锁方案选择

分布式锁实现方案优缺点

 不推荐自己编写的分布式锁

推荐Redisson和Curator实现的分布式锁。

一、使用锁解决电商中的超卖问题？

举例：某件商品库存数量10件，结果卖出了20件

二、超卖现象的产生

A和B同时看到这个商品，加入购物车，并同时提交订单，导致了超卖的现象。

三、超卖现象模拟 

1）问题模拟。假设当前库存为1

创建订单： 在订单中先获取是否有库存，然后更新库存数量为（原库存数-1），然后插入订单

单元测试：创建线程池，并发执行创建订单。

 cyclicBarrier.await的作用： 让线程等待，在某一个时刻，让5个线程同时执行。

测试结果： 产生了5条订单,并且库存为0. 这就是超卖现象的产生。

四、超卖现象的解决

1、方法1： 数据库update行锁 (单体应用)

扣减库存不在程序中进行，而是通过数据库

向数据库传递库存增量，扣减一个库存，增量为-1

在数据库update语句计算库存，通过update行锁解决并发。更新后检查库存是否是负数，如果是负数抛出异常，则整个操作回滚。

2、解决方法二（synchronized和ReentrantLock） (单体应用)

校验库存、扣减库存统一加锁，使之成为原则的操作。并发时，只有获得锁的线程才能校验、扣减库存。

注意： 事务的操作通过代码控制。如果事务通过注解的方式写在方法里，并且这个方法synchronized 修饰。 那么会在同步方法结束后，才提交事务。这样当事务还没提交，另外一个线程进入了同步方法。

 代码如下：

 public Integer createOrder() throws Exception{
        Product product = null;

        lock.lock();
        try {
            TransactionStatus transaction1 = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
            product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
            if (product==null){
                platformTransactionManager.rollback(transaction1);
                throw new Exception("购买商品："+purchaseProductId+"不存在");
            }

            //商品当前库存
            Integer currentCount = product.getCount();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"库存数："+currentCount);
            //校验库存
            if (purchaseProductNum > currentCount){
                platformTransactionManager.rollback(transaction1);
                throw
                        new Exception("商品"+purchaseProductId+"仅剩"+currentCount+"件，无法购买");
            }

            productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum,"xxx",new Date(),product.getId());
            platformTransactionManager.commit(transaction1);
        }finally {
            lock.unlock();
        }

        TransactionStatus transaction = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
        Order order = new Order();
        order.setOrderAmount(product.getPrice().multiply(new BigDecimal(purchaseProductNum)));
        ...
        orderMapper.insertSelective(order);

        OrderItem orderItem = new OrderItem();
        ...
        orderItemMapper.insertSelective(orderItem);
        platformTransactionManager.commit(transaction);
        return order.getId();
    }

　　

3、基于数据库实现分布式锁

多个进程、多个线程访问共同的组件数据库，

通过select ...... for update 访问同一条数据

for update锁住这条数据，其他线程只能等待

接口代码如下，此程序是分布式部署。比如开启了两个程序，localhost:8080/myproject/singleLock   localhost:8081/myproject/singleLock

 selectDistributeLock的SQL语句里select ...... for update

测试：分别调用localhost:8080/myproject/singleLock   localhost:8081/myproject/singleLock这里这两个接口。当第一个接口执行完后，等待2秒。 第二个请求也获得到了锁。

基于数据库实现分布式锁的优缺点

优点： 简单方便，易于理解、易于操作

缺点： 并发量大时，对数据库压力较大。

建议：作为锁的数据库与业务数据库分开。

4、基于Redis的Setnx实现分布式锁

1) 实现原理：

获取锁的Redis命令 SET resource_name my_random_value NX PX 30000

resource_name: 资源名称，可根据不同的业务区分不同的锁

my_random_value: 随机值，每个线程的随机值都不同，用于释放锁时的校验

 NX： key不存在时设置成功，可以存则设置不成功。

 PX：自动失效时间，出现异常情况，锁可以过期失效。

利用了NX的原子性，多个线程并发时，只有一个线程可以设置成功。

设置成功即可获得锁，可以执行后续的业务处理。

如果出现异常，过了锁的有效期，锁自动释放。

2) 释放锁原理

释放锁采用Redis的delete命令

释放锁时校验之前设置的随机数，相同才能释放。(为了证明这个值是你这个线程设置的)

释放锁采用LUA脚本

3) Redis分布式锁实战

Reids安装可参考 https://www.cnblogs.com/linlf03/p/9465272.html

 创建SpringBoog工程： distribute-lock-demo

增加依赖：

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.18.12</version>
        </dependency>

　　

配置Redis连接

创建Controller类

@RestController
@Slf4j
public class RedisLockControler {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    @RequestMapping("redisLock")
    public String redisLock(){
        log.info("进入redisLock 方法");

        String key = "redisKey";
        String value = UUID.randomUUID().toString() ;

        RedisCallback redisCallback = redisConnection -> {
            RedisStringCommands.SetOption setOption = RedisStringCommands.SetOption.ifAbsent();
            //过期时间30秒
            Expiration expiration = Expiration.seconds(30);
            //序列化key
            byte[] redisKey = redisTemplate.getKeySerializer().serialize(key);
            // 序列化value
            byte[] redisValue = redisTemplate.getValueSerializer().serialize(value);
            //执行setnx操作
           Boolean result = redisConnection.set(redisKey, redisValue, expiration, setOption);
           return  result;
        };
        //获取分布式锁
        Boolean lock = (Boolean)redisTemplate.execute(redisCallback);
        if(lock){
            log.info("进入了锁！！");


            //模拟业务处理，耗时15秒
            try {
                Thread.sleep(15000);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                String script = "if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
" +
                        "   return redis.call("del",KEYS[1])
" +
                        "else
" +
                        "  return 0
" +
                        "end";
                RedisScript<Boolean> redisScript = RedisScript.of(script, Boolean.class);
                List<String> keys = Arrays.asList(key);
                Boolean result = (Boolean)redisTemplate.execute(redisScript, keys, value);
                log.info("释放锁的结果:" + result);
            }

        }else {
            log.info("没有获取到锁");
        }
        log.info("方法执行完成");
        return  "方法执行完成";
    }
}

　　

启动DistributeLockDemoApplication

 一个端口为8080，一个端口为8081

8081的端口设置如下

然后分别调用http://localhost:8080/redisLock 和http://localhost:8081/redisLock

 说明8080获得到了锁，并且执行完成后释放了锁。

8081执行未获得锁。

5 基于分布式锁解决定时任务(服务集群部署)重复问题

在前面的基础上对分布式锁进行封装

@Slf4j
public class RedisLock  implements AutoCloseable{

    private RedisTemplate redisTemplate;
    private String key;
    private String value;
    //单位：秒
    private int expireTime;

    public RedisLock(RedisTemplate redisTemplate, String key, int expireTime){
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.key = key;
        this.expireTime = expireTime;
        this.value = UUID.randomUUID().toString();
    }

    /**
     * 获取分布式锁
     * @return
     */
    public boolean getLock(){
        RedisCallback redisCallback = redisConnection -> {
            RedisStringCommands.SetOption setOption = RedisStringCommands.SetOption.ifAbsent();
            //过期时间30秒
            Expiration expiration = Expiration.seconds(30);
            //序列化key
            byte[] redisKey = redisTemplate.getKeySerializer().serialize(key);
            // 序列化value
            byte[] redisValue = redisTemplate.getValueSerializer().serialize(value);
            //执行setnx操作
            Boolean result = redisConnection.set(redisKey, redisValue, expiration, setOption);
            return  result;
        };
        //获取分布式锁
        Boolean lock = (Boolean)redisTemplate.execute(redisCallback);
        return lock;
    }

    public boolean unLock(){

        String script = "if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
" +
                "   return redis.call("del",KEYS[1])
" +
                "else
" +
                "  return 0
" +
                "end";
        RedisScript<Boolean> redisScript = RedisScript.of(script, Boolean.class);
        List<String> keys = Arrays.asList(key);
        Boolean result = (Boolean)redisTemplate.execute(redisScript, keys, value);
        log.info("释放锁的结果={}", result);
        return  result;
    }

    @Override
    public void close() throws Exception {
        unLock();
    }
}

　　

增加定时任务

增加注解EnableScheduling

定时任务为每隔5秒发送短信

@Service
@Slf4j
public class SchedulerService {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    //每隔5秒钟执行一次
    @Scheduled(cron = "0/5 * * * * ?")
    public void SendSMS(){

        try( RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate, "autoSMS",30)) {
            if(redisLock.getLock()){
                log.info("向18555558888发送短信");
            }else {
                log.info("没有获取到锁");
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

　　

启动DistributeLockDemoApplication

 输出结果如下图所示，同一个时间点只有一个服务获取到了锁。

6、基于Zookeeper的分布式锁

1)Zookeeper的安装，可以参考Linux下Zookeeper的下载、安装和启动

2) 原理

重要概念： Zookkeeper的观察器

可以设置观察器的3个方法： getData(), getChildren(), exists();

节点发生变化，发送给客户端

观察器只能监控一次，再监控需重新设置。

实现原理：

利用Zookeeper的瞬时有序节点的特性

多线程并发创建瞬时节点时，得到有序的序列

序号最小的线程获得锁

其他的线程则监听自己序号前一个序号

前一个线程执行完成，删除自己序号的节点

下一个序号的线程得到通知，继续执行

以此类推

创建节点时，已经确定了线程的执行顺序。

3) Zookeeper的分布式锁实践

增加依赖，版本和服务端Zookeeper 3.4.13保持一致。

        <dependency>
            <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
            <artifactId>zookeeper</artifactId>
            <version>3.4.13</version>
        </dependency>

　　

创建Zookeeperr锁

@Slf4j
public class ZkLock implements AutoCloseable, Watcher {

    private ZooKeeper zooKeeper;

    private String znode;


    public ZkLock() throws IOException {
        this.zooKeeper = new ZooKeeper("47.xx.xx.120:2181", 10000, this);

    }

    /**
     * 获取分布式锁
     * @return
     */
    public boolean getLock(String businessCode){
        try {
            //创建业务根节点
            Stat stat = zooKeeper.exists("/" + businessCode, false);
            if(stat == null){
                zooKeeper.create("/" +businessCode , businessCode.getBytes(),
                        ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
                        CreateMode.PERSISTENT);
            }
            //创建瞬时有序的节点. znode的值为/order/order_00000001
            znode = zooKeeper.create("/" +businessCode + "/" + businessCode + "_" , businessCode.getBytes(),
                    ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
                    CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

            //获得业务节点下所有的子节点
            List<String> childrenNodes = zooKeeper.getChildren("/" + businessCode, false);
            Collections.sort(childrenNodes);
            // 获取序号最小的(第一个)子节点
            String firstNode = childrenNodes.get(0);
            // 如果创建的节点是第一个节点，则获得锁
            if(znode.endsWith(firstNode)){
                return true;
            }
            // 不是第一个子节点，则监听前一个节点
            String lastNode = firstNode;
            for(String node: childrenNodes){
                if(znode.endsWith(node)){
                    zooKeeper.exists("/" +businessCode + "/" +lastNode, true);
                    break;
                }else {
                    lastNode = node;
                }
            }
            //等待监听的节点发生变化
            synchronized (this){
                wait();
            }
            return  true;


        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return  false;

    }



    @Override
    public void close() throws Exception {
        zooKeeper.delete(znode, -1);
        zooKeeper.close();
        log.info("已经释放了锁");
    }

    @Override
    public void process(WatchedEvent watchedEvent) {
        if(watchedEvent.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
            synchronized (this){
                //唤起线程
                notify();
            }

        }
    }
}

　　

增加调用接口

@RestController
@Slf4j
public class ZookeeperControler {


    @RequestMapping("zookeeperLock")
    public String zookeeperLock(){
        log.info("进入zookeeperLock 方法");
        try(ZkLock zkLock = new ZkLock()) {
            if(zkLock.getLock("order")){
                log.info("获得了锁");
                //模拟业务处理，耗时15秒
                Thread.sleep(15000);
            }else {
                log.info("没有获取到锁");
            }

        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        log.info("方法执行完成");
        return  "方法执行完成";
    }
}

　　

测试接口，分别启动两个服务，端口分别为8080和8081

分别调用http://localhost:8080/zookeeperLock 和 http://localhost:8081/zookeeperLock

7、使用Curator实现分布式锁

Apache Curator是为ZooKeeper开发的一套Java客户端类库，它是一个分布式协调服务。

添加依赖

        <dependency>
            <groupId>org.apache.curator</groupId>
            <artifactId>curator-recipes</artifactId>
            <version>4.2.0</version>
        </dependency>

　　

在DistributeLockDemoApplication类中添加Bean

    @Bean(initMethod = "start", destroyMethod = "close")
    public CuratorFramework getCuratorFramework(){
        RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
        CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient("47.xx.xx.120:2181", retryPolicy);
        return client;
    }

　　

ZookeeperControler类中添加方法

 @RequestMapping("curatorLock")
    public String curatorLock(){
        log.info("进入curatorLock 方法");
        InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client,"/order");
        try {
            if(lock.acquire(30, TimeUnit.SECONDS)){
                log.info("获得了锁!");
                Thread.sleep(10000);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                log.info("释放了锁");
                lock.release();
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }

        }
        log.info("方法执行完成");
        return  "方法执行完成";
    }

　测试接口，分别启动两个服务，端口分别为8080和8081

分别调用http://localhost:8080/curatorLock 和 http://localhost:8081/curatorLock

8、 redisson分布式锁(API方式)

1) 引入依赖

        <dependency>
            <groupId>org.redisson</groupId>
            <artifactId>redisson</artifactId>
            <version>3.11.2</version>
        </dependenc

　　

2)Redisson API方式

Redisson API方式，缺点：使用繁琐，每次需要配置

@RestController
@Slf4j
public class RedissonLockController {

    /**
     * Redisson API方式，缺点：使用繁琐
     * @return
     */
    @RequestMapping("redissonLock")
    public String redissonLock() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://47.98.47.120:6379");
        RedissonClient redisson = Redisson.create(config);

        RLock rLock = redisson.getLock("order");
        log.info("进入了redissonLock方法");
        try {
            rLock.lock(30, TimeUnit.SECONDS);
            log.info("获得了锁");
            Thread.sleep(10000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            rLock.unlock();
            log.info("释放了锁");
        }
        log.info("方法执行完成");
        return  "方法执行完成";
    }

}

　　

 3） 测试

测试接口，分别启动两个服务，端口分别为8080和8081

分别调用http://localhost:8080/redissonLock 和 http://localhost:8081/redissonLock

9、 spring boot 集成redisson分布式锁

1） 增加依赖

注释redisson依赖，引入redisson-spring-boot-starter依赖

配置文件增加属性

spring.redis.host=47.xx.xx.120

　　

2) 增加方法redissonLock2

@RequestMapping("redissonLock2")
    public String redissonLock2() {
        RLock rLock = redisson.getLock("order");
        log.info("进入了redissonLock2方法");
        try {
            rLock.lock(30, TimeUnit.SECONDS);
            log.info("获得了锁");
            Thread.sleep(10000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            rLock.unlock();
            log.info("释放了锁");
        }
        log.info("方法执行完成");
        return  "方法执行完成";
    }