Redis常见分布锁的原理和实现

前言

基于数据库

悲观锁

实现原理

具体实现

乐观锁

简介

实现原理

具体实现

Redis实现分布式锁

Zooker实现分布式锁

加锁过程

释放锁的过程

异常场景分析

具体实现

Zookpeer实现分布式锁实现库存扣减

总结

前言

Java中的锁主要包括synchronized锁和JUC包中的锁，这些锁都是针对单个JVM实例上的锁，对于分布式环境是无效的，那么基于分布式锁的如何实现呢？

常见的分布式锁的实现如下图：

基于数据库 悲观锁

悲观锁（Pessimistic Lock）顾名思义为很悲观的锁，每次在拿数据的时候都会上锁。这样别人想拿数据就被挡住，直到悲观锁被释放，悲观锁中的共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程，但是在效率方面，处理加锁的机制会产生额外的开销，且容易产生死锁。

实现原理

悲观并发控制实际上是"先取锁再访问"的保守策略，为数据处理的安全提供了保证.

具体实现

例如通过悲观锁来实现库存扣减的伪代码如下：

// 对于库存记录进行行锁
SELECT *FROM sys_goods s WHERE s.Id='1' FOR UPDATE;
//执行库存扣减
update sys_stock　s set s.stockQty=s.stockQty-#{number} where s.goodId=1 and s.stockQty>0；
//提交事务,自动释放悲观锁。

乐观锁 简介

乐观锁是基于数据版本号(version)的机制来实现的。数据库表添加"version"字段, 读取出数据时，将此版本号读出，在更新过程中，会对版本号进行比较，如果是一致的，则会成功执行本次操作,且版本号加1，如果版本号不一致，则会更新失败。

实现原理

相对悲观锁，乐观锁的实现不会使用到数据库的锁机制，乐观锁的原理使用的CAS的机制来实现的，CAS(Compare-and-Swap)即比较并替换.

1、比较：读取到了一个值A，在将其更新为B之前，检查原值是否仍为A(未被其他线程改动).

2、设置：如果是未发送变化，则将A更新为B结束。如果发生变化，则什么都不做。

具体实现

例如乐观锁来实现库存扣减的伪代码如下：

// 查询库存记录，获取版本号
SELECT stockQty,version FROM sys_goods s WHERE s.Id='1'
//执行库存扣减，防止出现超卖
update sys_stock　s set 
  s.stockQty=s.stockQty-#{number},
  s.version=version+1
  where s.goodId=1 and s.stockQty>0 and version=#{version};

Redis实现分布式锁

关于Redis分布式锁的实现，已经在前期的文章中进行了讲解，大家可以参考如下文章

Spring Boot 实现Redis分布式锁原理

Spring Boot 集成Redisson实现分布式锁详细案例

Zooker实现分布式锁

Zookper实现分布式锁，主要是应用zookeeper节点的临时和有序性来实现。

加锁过程

当客户端1请求时，Zookeeper客户端会创建一个持久节点Locks节点，如果客户端1想获取锁,会在locks节点下创建临时节点/node_000000，如果查找Locks下面所有临时有序子节点，当自己为最小的节点是则获取锁成功。

当客户端2尝试获取锁时，也会查看locks下面的临时节点，判断自己的节点/node_000001是不是最小，如果不是最小则获取锁失败，客户端2会向它排序靠前的节点node_000000注册watch事件，用来监听node_000000是否存在，虽然抢锁失败，但是node_000001进入等待状态。

释放锁的过程

Zookeeper的客户端业务完成或者客户端发生故障，都会删除临时节点并且释放锁。如果是任务完成，客户端1还会显式调用删除node_000000的指令。

例如上述图，客户端1断开，临时节点node_000000已被删除，而此时node_000001通过watcher监听发现自己为为最小的临时节点，所以获取锁成功。

异常场景分析

客户端1创建临时节点后，会与Zookeeper服务器维护一个Session，这个Session会依赖客户端定时心跳来维持连接。由于网路异常原因，Zookeeper长时间收不到客户端1的心跳，就认为这个Session过期了，也会把这个临时节点删除，此时客户端2创建临时节点能够获取锁成功。当客户端网络恢复正常后，它仍然认为持有锁，此时就会造成锁冲突。

具体实现

Zookeeper实现分布式锁，可以采用Curator实现分布式锁，关于SpringBoot如何集成Curator，大家可以参考如下文章：

Java Spring Boot 集成Zookeeper

Zookpeer实现分布式锁实现库存扣减

 @RequestMapping("/lockStock")
    public void lockStock()
    {
       zooKeeperUtil.lock("/Locks", 1000, TimeUnit.SECONDS, ()->{
           //业务逻辑
       });
    }

小结：

关于分布式锁的实现的对比，详情请查看下图：