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前言#xff1a;
分布式系统买票示例
引入redis做分布式锁
引入过期时间
引入校验id
引入lua脚本
过期时间续约问题
redlock算法
小结#xff1a; 前言#xff1a; 在分布式系统中#xff0c;涉及多个主机访问同一块资源#xff0c;此时就需要锁来做互斥控制…目录
前言
分布式系统买票示例
引入redis做分布式锁
引入过期时间
引入校验id
引入lua脚本
过期时间续约问题
redlock算法
小结 前言 在分布式系统中涉及多个主机访问同一块资源此时就需要锁来做互斥控制避免出现类似线程安全问题。而Java中的synchronized只是对当前进程中的线程有效多个主机实际上是多个进程那么它就无能为力了此时就需要分布式锁。
分布式系统买票示例 客户端访问买票服务器进行买票操作当买到票之后数据库余票执行减1操作。 客户端1先执行查询余票操作发现余票还有一张买票成功后服务器操作数据库执行减1操作。如果此时客户端1还没有执行数据库减1操作客户端2执行了查询余票操作发现余票也是一张那么也进行数据库减1操作那么此时客户端1和客户端2都会买到票。把一张票卖给了两个人显然这是不合理的。
引入redis做分布式锁 引入分布式锁所谓分布式锁实际上就是一个/一组单独的服务器程序给其他服务提供 “加锁” 服务。redis是一种典型的实现分布式锁的方案但不是唯一一种。 为了解决上述超卖问题买票服务器在进行买票的时候就需要先加锁。 加锁实际上就是在redis上设置一个特殊的键值对完成上述买票操作再删除这个键值对。此时认为这个键值对就是分布式锁 其他服务器在买票的时候也去redis尝试设置这样的键值对如果发现键值对已经存在就认为“加锁失败”此时该进程是放弃还是阻塞就看具体的实现策略了。 这样就可以保证第一个服务器执行查询-更新的过程中第二个服务器不会执行查询操作也就解决了上述超卖问题。
注意 上述买票的场景也可以使用MySQL的事务解决批量执行查询-更新操作。但是分布式系统中数据库不一定是MySQL也可能是其他数据库没有事务因此使用redis作为分布式锁是比较好的解决方案。
引入过期时间 redis中使用 set nx 命令可以实现加锁效果解锁使用 del 命令来完成。 如果某个服务器 set nx 成功了还没有执行 del 命令就挂了此时redis上的锁就无法删除其他服务器就无法获取到锁。
解决方案 可以在set key 的时候设置过期时间一旦时间到锁自动就释放了。redis中可以使用 set ex nx命令完成。此时这个过期时间范围设置就显得尤为重要了后面会有解释过期时间续约问题。
注意 务必使用 set ex nx 命令一次性执行加锁和设置过期时间操作。如果使用set nx 设置锁然后使用 expire 设置过期时间就可能出现这两个命令一个成功一个失败就算使用redis事务只能保证两条命令一块执行但不能保证其正确性。相比之下一条命令直接操作就比较稳妥。
引入校验id 是否会出现服务器1执行了加锁操作被其他服务器删除的情况呢 这种情况有可能出现代码总会有bug需要提前去防止。
解决方案 给服务器编号每个服务器都有自己的唯一标识。进行加锁的时候设置键值对.key对应要对哪个资源加锁比如车次value就可以存储服务器编号标识出这个锁是哪个服务器加的。 解锁的时候就可以进行校验先查询这个锁的服务器编号和自己服务器编号进行对比。如果一致则执行解锁操作否则就失败。服务器这边需要执行校验逻辑此时就可以有效避免误解锁。
引入lua脚本 一个服务器内部也可能是多线程的就有可能存在两个线程执行上述判断然后解锁操作。由于不是原子的就有可能出现问题。 服务器1的线程A和线程B都执行解锁操作如果线程A拿到锁判断完后还没有执行DEL操作此时线程B也拿到锁判断也会成功那么就会执行两次DEL操作。 如果在线程A执行DEL之后线程B执行DEL之前服务器2的线程C在redis中进行加锁操作此时由于线程A已经执行了DEL操作因此可以加锁成功。由于线程B已经校验完成那么执行DEL就会删除掉服务器2加的锁。该问题就是因为GET和DEL操作不是原子的就会出现问题。 解决上述问题可以使用redis事务保证GET和DEL的原子性在执行期间不会有插队情况出现。但是一般不会这样做引入lua脚本是更加有效的解决方案。 lua是一门编程语言作为redis内嵌脚本lua语言特别轻量实现一个lua的解释器消耗系统资源非常小。 可以使用lua编写一些逻辑把这个脚本上传到服务器上然后客户端就可以控制redis执行这些脚本了。redis执行lua脚本的时候是原子的相当于执行一条命令一样。redis官方文档中提出lua属于是redis事务的替代方案。
过期时间续约问题 在加锁的时候key需要设置过期时间那么这个时间设置多少合适呢 如果设置短那么有可能在业务逻辑还没执行完锁就被释放了。 如果设置长那么锁释放就会不及时。
动态续约 初始情况下设置一个时间比较短的过期时间灵活进行调整如果发现时间快到的时候业务逻辑还没执行完那就在续上一些过期时间无限续约。直到业务逻辑执行完成锁也可以在较短时间内被释放。 如果服务器中途挂了那也没有负责续约的线程了此时锁也可以在较短时间内被释放。 动态续约往往需要服务器这边一个专门的线程负责把这个线程就叫做看门狗watch dog。
redlock算法 使用redis作为分布式锁那么就需要保证redis的高可用。 使用redis哨兵机制当主节点挂了可以投票选举从节点作为主节点。但是如果在主节点加锁后还没来得及同步给从节点主节点就宕机了。此时哨兵选举的从节点也就不存在该锁了。 作为分布式系统就需要随时考虑某个节点挂了不会影响大局。 redlock算法核心思想就是冗余 此处加锁会按照一定顺序对这些redis主节点都进行加锁。如果某个节点宕机了没关系继续给下一个redis主节点加锁。如果加锁成功节点个数超过总个数一半就视为加锁成功。同理解锁需要把上述节点都执行解锁操作。这里就不会因为某个节点挂了而导致加不上锁的情况。
小结 这里实际上实现了互斥锁还可以使用redis做读写锁可重入锁公平锁等等。
