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<title>11 分布式锁有哪些应用场景和实现?.md.html</title>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/02 不同数据一致性模型有哪些应用?.md.html">02 不同数据一致性模型有哪些应用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/03 如何透彻理解 Paxos 算法?.md.html">03 如何透彻理解 Paxos 算法?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/05 共识问题:区块链如何确认记账权?.md.html">05 共识问题:区块链如何确认记账权?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/06 如何准备一线互联网公司面试?.md.html">06 如何准备一线互联网公司面试?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/07 分布式事务有哪些解决方案?.md.html">07 分布式事务有哪些解决方案?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/08 对比两阶段提交,三阶段协议有哪些改进?.md.html">08 对比两阶段提交,三阶段协议有哪些改进?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/09 MySQL 数据库如何实现 XA 规范?.md.html">09 MySQL 数据库如何实现 XA 规范?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/10 如何在业务中体现 TCC 事务模型?.md.html">10 如何在业务中体现 TCC 事务模型?.md.html</a>
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<a class="current-tab" href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/11 分布式锁有哪些应用场景和实现?.md.html">11 分布式锁有哪些应用场景和实现?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/12 如何使用 Redis 快速实现分布式锁?.md.html">12 如何使用 Redis 快速实现分布式锁?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/13 分布式事务考点梳理 + 高频面试题.md.html">13 分布式事务考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/14 如何理解 RPC 远程服务调用?.md.html">14 如何理解 RPC 远程服务调用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/15 为什么微服务需要 API 网关?.md.html">15 为什么微服务需要 API 网关?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/16 如何实现服务注册与发现?.md.html">16 如何实现服务注册与发现?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/17 如何实现分布式调用跟踪?.md.html">17 如何实现分布式调用跟踪?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/18 分布式下如何实现配置管理?.md.html">18 分布式下如何实现配置管理?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/19 容器化升级对服务有哪些影响?.md.html">19 容器化升级对服务有哪些影响?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/20 ServiceMesh:服务网格有哪些应用?.md.html">20 ServiceMesh:服务网格有哪些应用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/21 Dubbo vs Spring Cloud:两大技术栈如何选型?.md.html">21 Dubbo vs Spring Cloud:两大技术栈如何选型?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/22 分布式服务考点梳理 + 高频面试题.md.html">22 分布式服务考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/23 读写分离如何在业务中落地?.md.html">23 读写分离如何在业务中落地?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/24 为什么需要分库分表,如何实现?.md.html">24 为什么需要分库分表,如何实现?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/25 存储拆分后,如何解决唯一主键问题?.md.html">25 存储拆分后,如何解决唯一主键问题?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/26 分库分表以后,如何实现扩容?.md.html">26 分库分表以后,如何实现扩容?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/27 NoSQL 数据库有哪些典型应用?.md.html">27 NoSQL 数据库有哪些典型应用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/28 ElasticSearch 是如何建立索引的?.md.html">28 ElasticSearch 是如何建立索引的?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/29 分布式存储考点梳理 + 高频面试题.md.html">29 分布式存储考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/30 消息队列有哪些应用场景?.md.html">30 消息队列有哪些应用场景?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/31 集群消费和广播消费有什么区别?.md.html">31 集群消费和广播消费有什么区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/32 业务上需要顺序消费,怎么保证时序性?.md.html">32 业务上需要顺序消费,怎么保证时序性?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/33 消息幂等:如何保证消息不被重复消费?.md.html">33 消息幂等:如何保证消息不被重复消费?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/34 高可用:如何实现消息队列的 HA?.md.html">34 高可用:如何实现消息队列的 HA?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/35 消息队列选型:Kafka 如何实现高性能?.md.html">35 消息队列选型:Kafka 如何实现高性能?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/36 消息队列选型:RocketMQ 适用哪些场景?.md.html">36 消息队列选型:RocketMQ 适用哪些场景?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/37 消息队列考点梳理 + 高频面试题.md.html">37 消息队列考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/38 不止业务缓存,分布式系统中还有哪些缓存?.md.html">38 不止业务缓存,分布式系统中还有哪些缓存?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩?.md.html">39 如何避免缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/40 经典问题:先更新数据库,还是先更新缓存?.md.html">40 经典问题:先更新数据库,还是先更新缓存?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/41 失效策略:缓存过期都有哪些策略?.md.html">41 失效策略:缓存过期都有哪些策略?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/42 负载均衡:一致性哈希解决了哪些问题?.md.html">42 负载均衡:一致性哈希解决了哪些问题?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/43 缓存高可用:缓存如何保证高可用?.md.html">43 缓存高可用:缓存如何保证高可用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/44 分布式缓存考点梳理 + 高频面试题.md.html">44 分布式缓存考点梳理 + 高频面试题.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/45 从双十一看高可用的保障方式.md.html">45 从双十一看高可用的保障方式.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/46 高并发场景下如何实现系统限流?.md.html">46 高并发场景下如何实现系统限流?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/47 降级和熔断:如何增强服务稳定性?.md.html">47 降级和熔断:如何增强服务稳定性?.md.html</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/49 线上服务有哪些稳定性指标?.md.html">49 线上服务有哪些稳定性指标?.md.html</a>
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</li>
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<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
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<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
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</div>
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<script>
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function add_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
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inner.classList.add('show')
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}
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function remove_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
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inner.classList.remove('show')
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}
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function sidebar_toggle() {
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let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
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if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
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sidebar_toggle.classList.remove('extend')
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sidebar.classList.remove('hide')
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content.classList.remove('extend')
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} else { // hide
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sidebar_toggle.classList.add('extend')
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sidebar.classList.add('hide')
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content.classList.add('extend')
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}
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}
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function open_sidebar() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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sidebar.classList.add('show')
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overlay.classList.add('show')
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}
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function hide_canvas() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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sidebar.classList.remove('show')
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overlay.classList.remove('show')
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}
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</script>
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<div class="off-canvas-content">
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<div class="columns">
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<div class="column col-12 col-lg-12">
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<div class="book-navbar">
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<!-- For Responsive Layout -->
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<i class="icon icon-menu"></i>
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</a>
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<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>11 分布式锁有哪些应用场景和实现?</h1>
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<p>电商网站都会遇到秒杀、特价之类的活动,大促活动有一个共同特点就是访问量激增,在高并发下会出现成千上万人抢购一个商品的场景。虽然在系统设计时会通过限流、异步、排队等方式优化,但整体的并发还是平时的数倍以上,参加活动的商品一般都是限量库存,如何防止库存超卖,避免并发问题呢?分布式锁就是一个解决方案。</p>
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<h3>如何理解分布式锁</h3>
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<p>我们都知道,在业务开发中,为了保证在多线程下处理共享数据的安全性,需要保证同一时刻只有一个线程能处理共享数据。</p>
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<p>Java 语言给我们提供了线程锁,开放了处理锁机制的 API,比如 Synchronized、Lock 等。当一个锁被某个线程持有的时候,另一个线程尝试去获取这个锁会失败或者阻塞,直到持有锁的线程释放了该锁。</p>
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<p>在单台服务器内部,可以通过线程加锁的方式来同步,避免并发问题,那么在分布式场景下呢?</p>
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<p><img src="assets/CgqCHl6z34CAWUxoAAE1hnZz5gE051.png" alt="图片1.png" /></p>
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<p>分布式场景下解决并发问题,需要应用分布式锁技术。如上图所示,分布式锁的目的是保证在分布式部署的应用集群中,多个服务在请求同一个方法或者同一个业务操作的情况下,对应业务逻辑只能被一台机器上的一个线程执行,避免出现并发问题。</p>
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<h3>分布式锁的常用实现</h3>
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<p>实现分布式锁目前有三种流行方案,即基于数据库、Redis、ZooKeeper 的方案。</p>
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<h4>基于关系型数据库</h4>
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<p>基于关系型数据库实现分布式锁,是依赖数据库的唯一性来实现资源锁定,比如主键和唯一索引等。</p>
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<p>以唯一索引为例,创建一张锁表,定义方法或者资源名、失效时间等字段,同时针对加锁的信息添加唯一索引,比如方法名,当要锁住某个方法或资源时,就在该表中插入对应方法的一条记录,插入成功表示获取了锁,想要释放锁的时候就删除这条记录。</p>
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<p>下面创建一张基于数据库的分布式锁表:</p>
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<pre><code class="language-java">CREATE TABLE `methodLock` (
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`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
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`method_name` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '锁定的方法或者资源',
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PRIMARY KEY (`id`),
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UNIQUE KEY `uidx_method_name` (`method_name `) USING BTREE
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) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='对方法加锁';
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</code></pre>
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<p>当希望对某个方法加锁时,执行以下 SQL 语句:</p>
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<pre><code class="language-java">insert into methodLock(method_name) values ('method_name');
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</code></pre>
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<p>在数据表定义中,我们对 method_name 做了唯一性约束,如果有多个请求同时提交到数据库的话,数据库会保证只有一个操作可以成功,那么就可以认为操作成功的那个线程获得了该方法的锁,可以执行后面的业务逻辑。</p>
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<p>当方法执行完毕之后,想要释放锁的话,在数据库中删除对应的记录即可。</p>
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<p>基于数据库实现分布式锁操作简单,但是并不是一个可以落地的方案,有很多地方需要优化。</p>
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<p><strong>存在单点故障风险</strong></p>
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<p>数据库实现方式强依赖数据库的可用性,一旦数据库挂掉,则会导致业务系统不可用,为了解决这个问题,需要配置数据库主从机器,防止单点故障。</p>
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<p><strong>超时无法失效</strong></p>
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<p>如果一旦解锁操作失败,则会导致锁记录一直在数据库中,其他线程无法再获得锁,解决这个问题,可以添加独立的定时任务,通过时间戳对比等方式,删除超时数据。</p>
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<p><strong>不可重入</strong></p>
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<p>可重入性是锁的一个重要特性,以 Java 语言为例,常见的 Synchronize、Lock 等都支持可重入。在数据库实现方式中,同一个线程在没有释放锁之前无法再次获得该锁,因为数据已经存在,再次插入会失败。实现可重入,需要改造加锁方法,额外存储和判断线程信息,不阻塞获得锁的线程再次请求加锁。</p>
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<p><strong>无法实现阻塞</strong></p>
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<p>其他线程在请求对应方法时,插入数据失败会直接返回,不会阻塞线程,如果需要阻塞其他线程,需要不断的重试 insert 操作,直到数据插入成功,这个操作是服务器和数据库资源的极大浪费。</p>
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<p>可以看到,借助数据库实现一个完备的分布式锁,存在很多问题,并且读写数据库需要一定的性能,可能会影响业务执行的耗时。</p>
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<p>下面我们来看下应用缓存如何实现。</p>
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<h4>应用 Redis 缓存</h4>
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<p>相比基于数据库实现分布式锁,缓存的性能更好,并且各种缓存组件也提供了多种集群方案,可以解决单点问题。</p>
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<p>常见的开源缓存组件都支持分布式锁,包括 Redis、Memcached 及 Tair。以常见的 Redis 为例,应用 Redis 实现分布式锁,最直接的想法是利用 setnx 和 expire 命令实现加锁。</p>
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<p>在 Redis 中,setnx 是「set if not exists」如果不存在,则 SET 的意思,当一个线程执行 setnx 返回 1,说明 key 不存在,该线程获得锁;当一个线程执行 setnx 返回 0,说明 key 已经存在,那么获取锁失败,expire 就是给锁加一个过期时间。</p>
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<p>伪代码如下:</p>
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<pre><code class="language-java">if(setnx(key,value)==1){
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expire(key,expireTime)
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try{
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//业务处理
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}finally{
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//释放锁
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del(key)
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}
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}
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</code></pre>
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<p>使用 setnx 和 expire 有一个问题,这两条命令可能不会同时失败,不具备原子性,如果一个线程在执行完 setnx 之后突然崩溃,导致锁没有设置过期时间,那么这个锁就会一直存在,无法被其他线程获取。</p>
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<p>为了解决这个问题,在 Redis 2.8 版本中,添加了 SETEX 命令,SETEX 支持 setnx 和 expire 指令组合的原子操作,解决了加锁过程中失败的问题。</p>
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<p>添加 SETEX 命令, 就是一个完善的分布式锁吗?在下一课时的内容中我会详细分享。</p>
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<h4>基于 ZooKeeper 实现</h4>
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<p>ZooKeeper 有四种节点类型,包括持久节点、持久顺序节点、临时节点和临时顺序节点,利用 ZooKeeper 支持临时顺序节点的特性,可以实现分布式锁。</p>
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<p>当客户端对某个方法加锁时,在 ZooKeeper 中该方法对应的指定节点目录下,生成一个唯一的临时有序节点。</p>
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<p><img src="assets/CgqCHl6z34-ALXWpAAEiUjbLEMc631.png" alt="图片2.png" /></p>
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<p>判断是否获取锁,只需要判断持有的节点是否是有序节点中序号最小的一个,当释放锁的时候,将这个临时节点删除即可,这种方式可以避免服务宕机导致的锁无法释放而产生的死锁问题。</p>
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<p>下面描述使用 ZooKeeper 实现分布式锁的算法流程,根节点为 /lock:</p>
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<ul>
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<li>客户端连接 ZooKeeper,并在 /lock 下创建临时有序子节点,第一个客户端对应的子节点为 /lock/lock01/00000001,第二个为 /lock/lock01/00000002;</li>
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<li>其他客户端获取 /lock01 下的子节点列表,判断自己创建的子节点是否为当前列表中序号最小的子节点;</li>
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<li>如果是则认为获得锁,执行业务代码,否则通过 watch 事件监听 /lock01 的子节点变更消息,获得变更通知后重复此步骤直至获得锁;</li>
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<li>完成业务流程后,删除对应的子节点,释放分布式锁。</li>
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</ul>
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<p>在实际开发中,可以应用 Apache Curator 来快速实现分布式锁,Curator 是 Netflix 公司开源的一个 ZooKeeper 客户端,对 ZooKeeper 原生 API 做了抽象和封装,若感兴趣可自行查询资料了解。</p>
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<h3>总结</h3>
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<p>这一课时分享了分布式锁的应用场景和几种实现,包括分布式锁的概念,使用数据库方式、缓存和 ZooKeeper 实现分布式锁等。</p>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/10 如何在业务中体现 TCC 事务模型?.md.html">上一页</a>
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<a href="/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/12 如何使用 Redis 快速实现分布式锁?.md.html">下一页</a>
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document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
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