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隨著現(xiàn)在分布式架構(gòu)越來(lái)越盛行，在很多場(chǎng)景下需要使用到分布式鎖。很多小伙伴對(duì)于分布式鎖還不是特別了解，所以特地總結(jié)了一篇文章，讓大家一文讀懂分布式鎖的前世今生。

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)有很多種，比如基于數(shù)據(jù)庫(kù)、Redis 、 zookeeper 等實(shí)現(xiàn)，本文的示例主要介紹使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖。

一、什么是分布式鎖

分布式鎖，即分布式系統(tǒng)中的鎖，分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)有序的對(duì)共享資源進(jìn)行操作，在單體應(yīng)用中我們通過(guò)鎖實(shí)現(xiàn)共享資源訪問(wèn)，而分布式鎖，就是解決了分布式系統(tǒng)中控制共享資源訪問(wèn)的問(wèn)題。

可能初學(xué)的小伙伴就會(huì)有疑問(wèn)，Java多線程中的公平鎖、非公平鎖、自旋鎖、可重入鎖、讀寫(xiě)鎖、互斥鎖這些都還沒(méi)鬧明白呢？怎么又出來(lái)一個(gè)分布式鎖？

其實(shí)，可以這么理解：Java的原生鎖是解決多線程下對(duì)于共享資源的操作，而分布式鎖則是多進(jìn)程下對(duì)于共享資源的操作。分布式系統(tǒng)中競(jìng)爭(zhēng)共享資源的最小粒度從線程升級(jí)成了進(jìn)程。

分布式鎖經(jīng)被應(yīng)用到各種高并發(fā)的場(chǎng)景下，典場(chǎng)景案例包括：秒殺、車票、訂單、退款、庫(kù)存等場(chǎng)景。

二、為什么要使用分布式鎖

在分布式系統(tǒng)中，常常需要協(xié)調(diào)他們的動(dòng)作。如果不同的系統(tǒng)或是同一個(gè)系統(tǒng)的不同主機(jī)之間共享了一個(gè)或一組資源，那么訪問(wèn)這些資源的時(shí)候，往往需要互斥來(lái)防止彼此干擾來(lái)保證一致性，這個(gè)時(shí)候，便需要使用到分布式鎖。

目前幾乎很多大型網(wǎng)站及應(yīng)用都是分布式部署的，如何保證分布式場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題一直是一個(gè)比較重要的話題。在某些場(chǎng)景下，為了保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，我們需要保證一個(gè)方法在同一時(shí)間內(nèi)只能被同一個(gè)線程執(zhí)行，這就需要使用分布式鎖。

如上圖所示，假設(shè)用戶A和用戶B同時(shí)購(gòu)買了某款商品，訂單創(chuàng)建成功后，下單系統(tǒng)A和下單系統(tǒng)B就會(huì)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的該款商品的庫(kù)存進(jìn)行扣減。如果此時(shí)不加任何控制，系統(tǒng)B提交的數(shù)據(jù)更新就會(huì)覆蓋系統(tǒng)A的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致庫(kù)存錯(cuò)誤，超賣等問(wèn)題。

三、分布式鎖應(yīng)該具備哪些條件

在介紹分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式之前，先了解一下分布式鎖應(yīng)該具備哪些條件：

1、在分布式系統(tǒng)環(huán)境下，一個(gè)方法在同一時(shí)間只能被一個(gè)機(jī)器的一個(gè)線程執(zhí)行；

2、高可用的獲取鎖與釋放鎖；

3、高性能的獲取鎖與釋放鎖；

4、具備可重入特性；

5、具備鎖失效機(jī)制，防止死鎖；

6、具備非阻塞鎖特性，即沒(méi)有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗。

四、分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式

隨著業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，原來(lái)的單體應(yīng)用被演化成分布式集群系統(tǒng)后，由于系統(tǒng)分布在不同機(jī)器上，這就使得原有的并發(fā)控制鎖策略失效，為了解決這個(gè)問(wèn)題就需要一種跨進(jìn)程的互斥機(jī)制來(lái)控制共享資源的訪問(wèn)，這就需要用到分布式鎖！

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)有多種方式，下面介紹下這幾種分布式鎖的實(shí)現(xiàn)：

基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖，(適用于并發(fā)小的系統(tǒng))；
基于緩存（Redis等）實(shí)現(xiàn)分布式鎖，（效率高，最流行，存在鎖超時(shí)的問(wèn)題）；
基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖，（可靠，但是效率不搞）；

盡管有這三種方案，但是不同的業(yè)務(wù)也要根據(jù)自己的情況進(jìn)行選型，他們之間沒(méi)有最好只有更適合！

五、基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖是目前比較流行的解決方案，主要是使用Redis 獲取鎖與釋放鎖效率都很高，實(shí)現(xiàn)方式也特別簡(jiǎn)單。

實(shí)現(xiàn)原理：

（1）獲取鎖的時(shí)候，使用setnx加鎖，并使用expire命令為鎖添加一個(gè)超時(shí)時(shí)間，超過(guò)該時(shí)間則自動(dòng)釋放鎖，鎖的value值為一個(gè)隨機(jī)生成的UUID，通過(guò)此在釋放鎖的時(shí)候進(jìn)行判斷。

（2）獲取鎖的時(shí)候還設(shè)置一個(gè)獲取的超時(shí)時(shí)間，若超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄獲取鎖。

（3）釋放鎖的時(shí)候，通過(guò)UUID判斷是不是該鎖，若是該鎖，則執(zhí)行delete進(jìn)行鎖釋放。

接下來(lái)我們就一步一步實(shí)現(xiàn)Redis 分布式鎖。

第一步，創(chuàng)建Spring Boot項(xiàng)目，并引入相關(guān)依賴。

<dependency>       <groupId>org.springframework.boot</groupId>       <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>   </dependency>
   <dependency>       <groupId>org.springframework.boot</groupId>       <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>   </dependency>
   <dependency>       <groupId>org.springframework.boot</groupId>       <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>   </dependency>
   <dependency>       <groupId>org.springframework.boot</groupId>       <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>       <scope>test</scope>   </dependency>
   <dependency>       <groupId>org.apache.commons</groupId>       <artifactId>commons-lang3</artifactId>   </dependency>
   <dependency>       <groupId>com.alibaba</groupId>       <artifactId>fastjson</artifactId>       <version>1.2.72</version>   </dependency>
   <dependency>       <groupId>org.projectlombok</groupId>       <artifactId>lombok</artifactId>   </dependency>

第二步，創(chuàng)建Redis分布式鎖通用操作類，示例代碼如下：

@Slf4j@Componentpublic class RedisLockUtils {    @Resource    private RedisTemplate redisTemplate;    private static Map<String, LockInfo> lockInfoMap = new ConcurrentHashMap<>();    private static final Long SUCCESS = 1L;    public static class LockInfo {        private String key;        private String value;        private int expireTime;        //更新時(shí)間        private long renewalTime;        //更新間隔        private long renewalInterval;        public static LockInfo getLockInfo(String key, String value, int expireTime) {            LockInfo lockInfo = new LockInfo();            lockInfo.setKey(key);            lockInfo.setValue(value);            lockInfo.setExpireTime(expireTime);            lockInfo.setRenewalTime(System.currentTimeMillis());            lockInfo.setRenewalInterval(expireTime * 2000 / 3);            return lockInfo;        }
        public String getKey() {            return key;        }        public void setKey(String key) {            this.key = key;        }        public String getValue() {            return value;        }        public void setValue(String value) {            this.value = value;        }        public int getExpireTime() {            return expireTime;        }        public void setExpireTime(int expireTime) {            this.expireTime = expireTime;        }        public long getRenewalTime() {            return renewalTime;        }        public void setRenewalTime(long renewalTime) {            this.renewalTime = renewalTime;        }        public long getRenewalInterval() {            return renewalInterval;        }        public void setRenewalInterval(long renewalInterval) {            this.renewalInterval = renewalInterval;        }    }
    /**     * 使用lua腳本更新redis鎖的過(guò)期時(shí)間     * @param lockKey     * @param value     * @return 成功返回true, 失敗返回false     */    public boolean renewal(String lockKey, String value, int expireTime) {        String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) else return 0 end";        DefaultRedisScript<Boolean> redisScript = new DefaultRedisScript<>();        redisScript.setResultType(Boolean.class);        redisScript.setScriptText(luaScript);        List<String> keys = new ArrayList<>();        keys.add(lockKey);
        Object result = redisTemplate.execute(redisScript, keys, value, expireTime);        log.info("更新redis鎖的過(guò)期時(shí)間：{}", result);        return (boolean) result;    }
    /**     * @param lockKey    鎖     * @param value      身份標(biāo)識(shí)（保證鎖不會(huì)被其他人釋放）     * @param expireTime 鎖的過(guò)期時(shí)間（單位：秒）     * @return 成功返回true, 失敗返回false     */    public boolean lock(String lockKey, String value, long expireTime) {        return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, value, expireTime, TimeUnit.SECONDS);    }
    /**     * redisTemplate解鎖     * @param key     * @param value     * @return 成功返回true, 失敗返回false     */    public boolean unlock2(String key, String value) {        Object currentValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);        boolean result = false;        if (StringUtils.isNotEmpty(String.valueOf(currentValue)) && currentValue.equals(value)) {            result = redisTemplate.opsForValue().getOperations().delete(key);        }        return result;    }
    /**     * 定時(shí)去檢查redis鎖的過(guò)期時(shí)間     */    @Scheduled(fixedRate = 5000L)    @Async("redisExecutor")    public void renewal() {        long now = System.currentTimeMillis();        for (Map.Entry<String, LockInfo> lockInfoEntry : lockInfoMap.entrySet()) {            LockInfo lockInfo = lockInfoEntry.getValue();            if (lockInfo.getRenewalTime() + lockInfo.getRenewalInterval() < now) {                renewal(lockInfo.getKey(), lockInfo.getValue(), lockInfo.getExpireTime());                lockInfo.setRenewalTime(now);                log.info("lockInfo {}", JSON.toJSONString(lockInfo));            }        }    }
    /**     * 分布式鎖設(shè)置單獨(dú)線程池     * @return     */    @Bean("redisExecutor")    public Executor redisExecutor() {        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();        executor.setCorePoolSize(1);        executor.setMaxPoolSize(1);        executor.setQueueCapacity(1);        executor.setKeepAliveSeconds(60);        executor.setThreadNamePrefix("redis-renewal-");        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());        return executor;    }}

第三步，創(chuàng)建RedisTemplate 配置類，配置Redistemplate,示例代碼如下：

@Configurationpublic class RedisConfig {    @Bean    public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) throws Exception {        RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate();        redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);        // 創(chuàng)建 序列化類        GenericToStringSerializer genericToStringSerializer = new GenericToStringSerializer(Object.class);        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());        redisTemplate.setValueSerializer(genericToStringSerializer);
        return redisTemplate;    }}

第四步，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)調(diào)用，這里以扣減庫(kù)存為例，示例代碼如下：

@RestControllerpublic class IndexController {    @Resource    private RedisTemplate redisTemplate;        @Autowired    private RedisLockUtils redisLock;
    @RequestMapping("/deduct-stock")    public String deductStock() {        String productId = "product001";        System.out.println("---------------->>>開(kāi)始扣減庫(kù)存");        String key = productId;        String requestId = productId + Thread.currentThread().getId();        try {            boolean locked = redisLock.lock(key, requestId, 10);            if (!locked) {                return "error";            }
            //執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯            //System.out.println("---------------->>>執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯:"+appTitle);            int stock = Integer.parseInt(redisTemplate.opsForValue().get("product001-stock").toString());            int currentStock = stock-1;            redisTemplate.opsForValue().set("product001-stock",currentStock);            try {                Random random = new Random();                Thread.sleep(random.nextInt(3) *1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            System.out.println("---------------->>>扣減庫(kù)存結(jié)束:current stock:" + currentStock);            return "success,current stock:" + currentStock;        } finally {            redisLock.unlock2(key, requestId);        }
    }}

六、驗(yàn)證測(cè)試

代碼完成之后，開(kāi)始測(cè)試。我們同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)實(shí)例，端口號(hào)為：8888和8889模擬分布式系統(tǒng)。

接下來(lái)，我們分別請(qǐng)求：http://localhost:8888/deduct-stock

和http://localhost:8889/deduct-stock，或者使用JMater分別請(qǐng)求這兩個(gè)地址，模擬高并發(fā)的情況。

通過(guò)上圖我們可以看到，在批量請(qǐng)求的情況下，庫(kù)存扣減也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。說(shuō)明分布式鎖生效了。

最后

以上，我們就把什么是分布式鎖，如何基于Redis 實(shí)現(xiàn)分布式鎖的解決方案介紹完了。分布式鎖是分布式系統(tǒng)中的重要功能組件，希望大家能夠熟練掌握。

一文讀懂分布式鎖——使用SpringBoot+Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖