为了防止分布式系统中的多个进程之间相互干扰,我们需要一种分布式协调技术来对这些进程进行调度。而这个分布式协调技术的核心就是来实现这个分布式锁。
如果我们业务中确实存在这个场景的话,我们就需要一种方法解决这个问题,这就是分布式锁要解决的问题
分布式锁实现的三个核心要素:
最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的唯一标识,按业务来决定命名。比如想要给一种商品的秒杀活动加锁,可以给key命名为 “lock_sale_商品ID” 。而value设置成什么呢?我们可以姑且设置成1。加锁的伪代码如下:
setnx(lock_sale_商品ID,1)
当一个线程执行setnx返回1,说明key原本不存在,该线程成功得到了锁;当一个线程执行setnx返回0,说明key已经存在,该线程抢锁失败。
有加锁就得有解锁。当得到锁的线程执行完任务,需要释放锁,以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式是执行del指令,伪代码如下:
del(lock_sale_商品ID)
释放锁之后,其他线程就可以继续执行setnx命令来获得锁。
锁超时是什么意思呢?如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉,来不及显式地释放锁,这块资源将会永远被锁住(死锁),别的线程再也别想进来。所以,setnx的key必须设置一个超时时间,以保证即使没有被显式释放,这把锁也要在一定时间后自动释放。setnx不支持超时参数,所以需要额外的指令,伪代码如下:
expire(lock_sale_商品ID, 30)
综合伪代码如下:
if(setnx(lock_sale_商品ID,1) == 1){
expire(lock_sale_商品ID,30)
try {
do something ......
} finally {
del(lock_sale_商品ID)
}
}
以上伪代码中存在三个致命问题
setnx和expire的非原子性
设想一个极端场景,当某线程执行setnx,成功得到了锁:
setnx刚执行成功,还未来得及执行expire指令,节点 1 挂掉了。
这样一来,这把锁就没有设置过期时间,变成死锁,别的线程再也无法获得锁了。
怎么解决呢?setnx指令本身是不支持传入超时时间的,set指令增加了可选参数,伪代码如下:
set(lock_sale_商品ID,1,30,NX)
这样就可以取代setnx指令。
del导致误删
又是一个极端场景,假如某线程成功得到了锁,并且设置的超时时间是 30 秒。
如果某些原因导致线程 A 执行的很慢很慢,过了 30 秒都没执行完,这时候锁过期自动释放,线程 B 得到了锁。
随后,线程 A 执行完了任务,线程 A 接着执行del指令来释放锁。但这时候线程 B 还没执行完,线程A实际上删除的是线程 B 加的锁。
怎么避免这种情况呢?可以在del释放锁之前做一个判断,验证当前的锁是不是自己加的锁。至于具体的实现,可以在加锁的时候把当前的线程 ID 当做value,并在删除之前验证key对应的value是不是自己线程的 ID。
加锁:
String threadId = Thread.currentThread().getId()
set(key,threadId ,30,NX)
解锁:
if(threadId .equals(redisClient.get(key))){
del(key)
}
但是,这样做又隐含了一个新的问题,判断和释放锁是两个独立操作,不是原子性。
出现并发的可能性
还是刚才第二点所描述的场景,虽然我们避免了线程 A 误删掉key的情况,但是同一时间有 A,B 两个线程在访问代码块,仍然是不完美的。怎么办呢?我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程,用来给快要过期的锁“续航”。
当过去了 29 秒,线程 A 还没执行完,这时候守护线程会执行expire指令,为这把锁“续命”20 秒。守护线程从第 29 秒开始执行,每 20 秒执行一次。
当线程 A 执行完任务,会显式关掉守护线程。
另一种情况,如果节点 1 忽然断电,由于线程 A 和守护线程在同一个进程,守护线程也会停下。这把锁到了超时的时候,没人给它续命,也就自动释放了。