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來源：blog.csdn.net/linsongbin1/article/details/79444274

概述

以前參加過一個庫存系統(tǒng)，由于其業(yè)務(wù)復(fù)雜性，搞了很多個應(yīng)用來支撐。這樣的話一份庫存數(shù)據(jù)就有可能同時有多個應(yīng)用來修改庫存數(shù)據(jù)。比如說，有定時任務(wù)域xx.cron，和SystemA域和SystemB域這幾個JAVA應(yīng)用，可能同時修改同一份庫存數(shù)據(jù)。如果不做協(xié)調(diào)的話，就會有臟數(shù)據(jù)出現(xiàn)。對于跨JAVA進程的線程協(xié)調(diào)，可以借助外部環(huán)境，例如DB或者Redis。下文介紹一下如何使用DB來實現(xiàn)分布式鎖。

設(shè)計

本文設(shè)計的分布式鎖的交互方式如下：1、根據(jù)業(yè)務(wù)字段生成transaction_id，并線程安全的創(chuàng)建鎖資源 2、根據(jù)transaction_id申請鎖 3、釋放鎖

動態(tài)創(chuàng)建鎖資源

在使用synchronized關(guān)鍵字的時候，必須指定一個鎖對象。

synchronized(obj)?{

}?

進程內(nèi)的線程可以基于obj來實現(xiàn)同步。obj在這里可以理解為一個鎖對象。如果線程要進入synchronized代碼塊里，必須先持有obj對象上的鎖。這種鎖是JAVA里面的內(nèi)置鎖，創(chuàng)建的過程是線程安全的。那么借助DB，如何保證創(chuàng)建鎖的過程是線程安全的呢？可以利用DB中的UNIQUE KEY特性，一旦出現(xiàn)了重復(fù)的key，由于UNIQUE KEY的唯一性，會拋出異常的。在JAVA里面，是SQLIntegrityConstraintViolationException異常。

create?table?distributed_lock
(
?id?BIGINT?UNSIGNED?PRIMARY?KEY?AUTO_INCREMENT?COMMENT?'自增主鍵',
?transaction_id?varchar(128)?NOT?NULL?DEFAULT?''?COMMENT?'事務(wù)id',
?last_update_time?TIMESTAMP?DEFAULT?CURRENT_TIMESTAMP?ON?UPDATE?CURRENT_TIMESTAMP?NOT?NULL?COMMENT?'最后更新時間',
?create_time?TIMESTAMP?DEFAULT?'0000-00-00?00:00:00'?NOT?NULL?COMMENT?'創(chuàng)建時間',
?UNIQUE?KEY?`idx_transaction_id`?(`transaction_id`)
)

transaction_id是事務(wù)Id，比如說，可以用

倉庫 + 條碼 + 銷售模式

來組裝一個transaction_id，表示某倉庫某銷售模式下的某個條碼資源。不同條碼，當(dāng)然就有不同的transaction_id。如果有兩個應(yīng)用，拿著相同的transaction_id來創(chuàng)建鎖資源的時候，只能有一個應(yīng)用創(chuàng)建成功。

一條distributed_lock記錄插入成功了，就表示一份鎖資源創(chuàng)建成功了。

DB連接池列表設(shè)計

在寫操作頻繁的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，通常會進行分庫，以降低單數(shù)據(jù)庫寫入的壓力，并提高寫操作的吞吐量。如果使用了分庫，那么業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自然也都分配到各個數(shù)據(jù)庫上了。在這種水平切分的多數(shù)據(jù)庫上使用DB分布式鎖，可以自定義一個DataSouce列表。并暴露一個getConnection(String transactionId)方法，按照transactionId找到對應(yīng)的Connection。

實現(xiàn)代碼如下：

package?dlock;

import?com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource;
import?org.springframework.stereotype.Component;

import?javax.annotation.PostConstruct;
import?java.io.FileInputStream;
import?java.io.IOException;
import?java.sql.Connection;
import?java.util.ArrayList;
import?java.util.List;
import?java.util.Properties;

@Component
public?class?DataSourcePool?{
????private?List?dlockDataSources?=?new?ArrayList<>();

????@PostConstruct
????private?void?initDataSourceList()?throws?IOException?{
????????Properties?properties?=?new?Properties();
????????FileInputStream?fis?=?new?FileInputStream("db.properties");
????????properties.load(fis);

????????Integer?lockNum?=?Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_NUM"));
????????for?(int?i?=?0;?i?????????????String?user?=?properties.getProperty("DLOCK_USER_"?+?i);
????????????String?password?=?properties.getProperty("DLOCK_PASS_"?+?i);
????????????Integer?initSize?=?Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_INIT_SIZE_"?+?i));
????????????Integer?maxSize?=?Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_MAX_SIZE_"?+?i));
????????????String?url?=?properties.getProperty("DLOCK_URL_"?+?i);

????????????DruidDataSource?dataSource?=?createDataSource(user,password,initSize,maxSize,url);
????????????dlockDataSources.add(dataSource);
????????}
????}

????private?DruidDataSource?createDataSource(String?user,?String?password,?Integer?initSize,?Integer?maxSize,?String?url)?{
????????DruidDataSource?dataSource?=?new?DruidDataSource();
????????dataSource.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");
????????dataSource.setUsername(user);
????????dataSource.setPassword(password);
????????dataSource.setUrl(url);
????????dataSource.setInitialSize(initSize);
????????dataSource.setMaxActive(maxSize);

????????return?dataSource;
????}

????public?Connection?getConnection(String?transactionId)?throws?Exception?{
????????if?(dlockDataSources.size()?<=?0)?{
????????????return?null;
????????}

????????if?(transactionId?==?null?||?"".equals(transactionId))?{
????????????throw?new?RuntimeException("transactionId是必須的");
????????}

????????int?hascode?=?transactionId.hashCode();
????????if?(hascode?0)?{
????????????hascode?=?-?hascode;
????????}

????????return?dlockDataSources.get(hascode?%?dlockDataSources.size()).getConnection();
????}
}

首先編寫一個initDataSourceList方法，并利用Spring的PostConstruct注解初始化一個DataSource 列表。相關(guān)的DB配置從db.properties讀取。

DLOCK_NUM=2

DLOCK_USER_0="user1"
DLOCK_PASS_0="pass1"
DLOCK_INIT_SIZE_0=2
DLOCK_MAX_SIZE_0=10
DLOCK_URL_0="jdbc:mysql://localhost:3306/test1"

DLOCK_USER_1="user1"
DLOCK_PASS_1="pass1"
DLOCK_INIT_SIZE_1=2
DLOCK_MAX_SIZE_1=10
DLOCK_URL_1="jdbc:mysql://localhost:3306/test2"

DataSource使用阿里的DruidDataSource。

接著最重要的一個實現(xiàn)getConnection(String transactionId)方法。實現(xiàn)原理很簡單，獲取transactionId的hashcode，并對DataSource的長度取模即可。

連接池列表設(shè)計好后，就可以實現(xiàn)往distributed_lock表插入數(shù)據(jù)了。

package?dlock;

import?org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import?org.springframework.stereotype.Component;

import?java.sql.*;

@Component
public?class?DistributedLock?{

????@Autowired
????private?DataSourcePool?dataSourcePool;

????/**
?????*?根據(jù)transactionId創(chuàng)建鎖資源
?????*/
????public?String?createLock(String?transactionId)?throws?Exception{
????????if?(transactionId?==?null)?{
????????????throw?new?RuntimeException("transactionId是必須的");
????????}
????????Connection?connection?=?null;
????????Statement?statement?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?dataSourcePool.getConnection(transactionId);
????????????connection.setAutoCommit(false);
????????????statement?=?connection.createStatement();
????????????statement.executeUpdate("INSERT?INTO?distributed_lock(transaction_id)?VALUES?('"?+?transactionId?+?"')");
????????????connection.commit();
????????????return?transactionId;
????????}
????????catch?(SQLIntegrityConstraintViolationException?icv)?{
????????????//說明已經(jīng)生成過了。
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????}
????????????return?transactionId;
????????}
????????catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????}
????????????throw??e;
????????}
????????finally?{
????????????if?(statement?!=?null)?{
????????????????statement.close();
????????????}

????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.close();
????????????}
????????}
????}
}

根據(jù)transactionId鎖住線程

接下來利用DB的select for update特性來鎖住線程。當(dāng)多個線程根據(jù)相同的transactionId并發(fā)同時操作select for update的時候，只有一個線程能成功，其他線程都block住，直到select for update成功的線程使用commit操作后，block住的所有線程的其中一個線程才能開始干活。我們在上面的DistributedLock類中創(chuàng)建一個lock方法。

?public?boolean?lock(String?transactionId)?throws?Exception?{
????????Connection?connection?=?null;
????????PreparedStatement?preparedStatement?=?null;
????????ResultSet?resultSet?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?dataSourcePool.getConnection(transactionId);
????????????preparedStatement?=?connection.prepareStatement("SELECT?*?FROM?distributed_lock?WHERE?transaction_id?=???FOR?UPDATE?");
????????????preparedStatement.setString(1,transactionId);
????????????resultSet?=?preparedStatement.executeQuery();
????????????if?(!resultSet.next())?{
????????????????connection.rollback();
????????????????return?false;
????????????}
????????????return?true;
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????}
????????????throw??e;
????????}
????????finally?{
????????????if?(preparedStatement?!=?null)?{
????????????????preparedStatement.close();
????????????}

????????????if?(resultSet?!=?null)?{
????????????????resultSet.close();
????????????}

????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.close();
????????????}
????????}
????}

實現(xiàn)解鎖操作

當(dāng)線程執(zhí)行完任務(wù)后，必須手動的執(zhí)行解鎖操作，之前被鎖住的線程才能繼續(xù)干活。在我們上面的實現(xiàn)中，其實就是獲取到當(dāng)時select for update成功的線程對應(yīng)的Connection，并實行commit操作即可。

那么如何獲取到呢？我們可以利用ThreadLocal。首先在DistributedLock類中定義

private?ThreadLocal?threadLocalConn?=?new?ThreadLocal<>();

每次調(diào)用lock方法的時候，把Connection放置到ThreadLocal里面。我們修改lock方法。

?public?boolean?lock(String?transactionId)?throws?Exception?{
????????Connection?connection?=?null;
????????PreparedStatement?preparedStatement?=?null;
????????ResultSet?resultSet?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?dataSourcePool.getConnection(transactionId);
????????????threadLocalConn.set(connection);
????????????preparedStatement?=?connection.prepareStatement("SELECT?*?FROM?distributed_lock?WHERE?transaction_id?=???FOR?UPDATE?");
????????????preparedStatement.setString(1,transactionId);
????????????resultSet?=?preparedStatement.executeQuery();
????????????if?(!resultSet.next())?{
????????????????connection.rollback();
????????????????threadLocalConn.remove();
????????????????return?false;
????????????}
????????????return?true;
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????????threadLocalConn.remove();
????????????}
????????????throw??e;
????????}
????????finally?{
????????????if?(preparedStatement?!=?null)?{
????????????????preparedStatement.close();
????????????}

????????????if?(resultSet?!=?null)?{
????????????????resultSet.close();
????????????}

????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.close();
????????????}
????????}
????}

這樣子，當(dāng)獲取到Connection后，將其設(shè)置到ThreadLocal中，如果lock方法出現(xiàn)異常，則將其從ThreadLocal中移除掉。

有了這幾步后，我們可以來實現(xiàn)解鎖操作了。我們在DistributedLock添加一個unlock方法。

?public?void?unlock()?throws?Exception?{
????????Connection?connection?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?threadLocalConn.get();
????????????if?(!connection.isClosed())?{
????????????????connection.commit();
????????????????connection.close();
????????????????threadLocalConn.remove();
????????????}
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????????connection.close();
????????????}
????????????threadLocalConn.remove();
????????????throw?e;
????????}
????}

缺點

畢竟是利用DB來實現(xiàn)分布式鎖，對DB還是造成一定的壓力。當(dāng)時考慮使用DB做分布式的一個重要原因是，我們的應(yīng)用是后端應(yīng)用，平時流量不大的，反而關(guān)鍵的是要保證庫存數(shù)據(jù)的正確性。對于像前端庫存系統(tǒng)，比如添加購物車占用庫存等操作，最好別使用DB來實現(xiàn)分布式鎖了。

進一步思考

如果想鎖住多份數(shù)據(jù)該怎么實現(xiàn)？比如說，某個庫存操作，既要修改物理庫存，又要修改虛擬庫存，想鎖住物理庫存的同時，又鎖住虛擬庫存。其實也不是很難，參考lock方法，寫一個multiLock方法，提供多個transactionId的入?yún)ⅲ琭or循環(huán)處理就可以了。這個后續(xù)有時間再補上。

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