分布式锁

2022-08-11
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分布式锁

集群环境下保证ID不重复

原来的Synchronized + Lock只能锁单机，也就是只能在一个JVM环境下

而在分布式+集群的环境下，变成了N对N的关系，在并发的环境下，如果使用UUID或者自增ID，就可能出现ID重复的问题，因此在集群下的环境下，对JVM进行加锁，这就是分布式锁。

在小厂的解决方案：也就是QPS < 2000的公司，有以下三种方案

mysql数据库的乐观锁实现
redis：redission
zookeeper：（服务治理和服务注册）

Zookeeper实现分布式锁

因为Zookeeper在创建节点的时候，需要保证节点的唯一性，也就是实现原理就是，每次一个线程获取到了锁，那就在Zookeeper上创建一个临时节点，但用完锁之后，在把这个节点删除掉

create /node v0410  # 创建一个持久节点
crate -e /node v0410 # 创建一个临时节点

对于单进程的并发场景，我们可以使用synchronized关键字和Reentrantlock等

对于分布式场景，我们可以使用分布式锁。

创建锁

多个JVM服务器之间，同时在zookeeper上创建相同一个临时节点，因为临时节点路径是保证唯一，只要谁能创建节点成功，谁就能获取到锁。

没有创建成功节点，只能注册个监听器监听这个锁并进行等待，当释放锁的时候，采用事件通知给其它客户端重新获取锁的资源。

这时候客户端使用事件监听，如果该临时节点被删除的话，重新进入获取锁的步骤。

释放锁

Zookeeper使用直接关闭临时节点session会话连接，因为临时节点生命周期与session会话绑定在一块，如果session会话连接关闭，该临时节点也会被删除，这时候客户端使用事件监听，如果该临时节点被删除的话，重新进入到获取锁的步骤。

单机环境下的锁

假设我们现在有一个订单ID生成的工具类

/**
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-22:46
 */
public class OrderNumberCreateUtil {
    private static int num = 0;

    public String getOrderNumber() {
        return "\t 生成订单号：" + (++num);
    }

}

然后有一个OrderService服务类

/**
 * 订单业务逻辑
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-22:47
 */
public class OrderService {
    private OrderNumberCreateUtil orderNumberCreateUtil = new OrderNumberCreateUtil();

    public String getOrderNumber() {
        return orderNumberCreateUtil.getOrderNumber();
    }
}

当我们客户端有50个线程进行访问获取订单号的时候

/**
 * 客户端
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-22:48
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OrderService orderService = new OrderService();

        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                String str = orderService.getOrderNumber();
                System.out.println(str);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

我们能够发现。订单号1出现了两次，这就是我们在并发访问的时候，会出现问题

	 生成订单号：1
	 生成订单号：3
	 生成订单号：2
	 生成订单号：4
	 生成订单号：5
	 生成订单号：1
	 生成订单号：6
	 生成订单号：7
	 生成订单号：8
	 生成订单号：9
	 生成订单号：10
	 生成订单号：11
	 生成订单号：12
	 生成订单号：13
	 生成订单号：14
	 生成订单号：15
	 生成订单号：16
	 生成订单号：17
	 生成订单号：18
	 生成订单号：20
	 生成订单号：21
	 生成订单号：19
	 生成订单号：22
	 生成订单号：23
	 生成订单号：24
	 生成订单号：25
	 生成订单号：26
	 生成订单号：27
	 生成订单号：28
	 生成订单号：30
	 生成订单号：31
	 生成订单号：29
	 生成订单号：32
	 生成订单号：33
	 生成订单号：34
	 生成订单号：35
	 生成订单号：36
	 生成订单号：37
	 生成订单号：38
	 生成订单号：40
	 生成订单号：39
	 生成订单号：41
	 生成订单号：42
	 生成订单号：43
	 生成订单号：44
	 生成订单号：49
	 生成订单号：48
	 生成订单号：47
	 生成订单号：46
	 生成订单号：45

解决方案是，在Service下，加锁解决

    //lock 应该申明为类的成员变量
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public String getOrderNumber() {
        lock.lock();
        try {
            return orderNumberCreateUtil.getOrderNumber();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
       return null;
    }

分布式环境下的锁

模板模式

概念

在模板模式（Template Pattern）设计模式中，用一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式、模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行

意图：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构，即可重定义该算法的某些特定步骤：

主要解决：一些方法通用，却在每个子类都重新写了这一方法

何时使用：在一些通用的方法

如何解决：将这些通用算法抽象出来

关键代码：在抽象父类中实现通用方法，其它步骤下放到子类中实现

应用实例

西游记里面菩萨定义好了81难，不管是女儿国，或者蜘蛛精，只需要有81劫难，这就是一个顶层的逻辑骨架
spring中对Hibernate的支持，将一些定好的方法封装起来，比如开启事务，获取Session，关闭Session，程序要不需要重复写那些已经规范好的代码，直接丢一个实体就可以保存。

优缺点

封装不变部分，扩展可变部分
提取公共代码，便于维护
行为由父类控制，子类实现
缺点是：每一个不同的实现，都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统变庞大

使用场景

有很多子类共有的方法，且逻辑相同
重要的、复杂的方法，可以考虑模板方法

代码

例如，我们首先定义一个zkLock的接口

/**
 * ZkLock
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-23:05
 */
public interface ZkLock {

    public void zkLock();

    public void zkUnlock();
}

然后在抽象类中继承该接口，同时实现zkLock 和 zkUnLock的方法

/**
 * ZkLock抽象类
 * 这就是模板设计模式
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-23:06
 */
public abstract class ZkAbstractTemplateLock implements ZkLock{

    @Override
    public void zkLock() {
        // 尝试获取锁
        if(tryLock()) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 占用锁成功");
        } else {
            // 等待锁
            waitZkLock();
            // 重新调用获取锁的方法
            zkLock();
        }
    }

    /**
     * 定义两个抽象方法，一个是尝试锁，一个是等待锁
     * @return
     */
    public abstract boolean tryLock();

    public abstract void waitZkLock();

    @Override
    public void zkUnlock() {

    }
}

同时我们在抽象类里，又定义了两个抽象方法，zkWaitLock() 和 tryLock

最后我们是具体的实现方法

/**
 * 分布式锁
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-23:21
 */
public class ZkDistributedLock extends ZkAbstractTemplateLock{
    @Override
    public boolean tryLock() {
        // 判断节点是否存在，如果存在则返回false，否者返回true
        return false;
    }

    @Override
    public void waitZkLock() throws InterruptedException {
        // 等待锁的时候，需要加监控，查询这个lock是否释放

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

        countDownLatch.await();

        // 解除监听
    }

然后我们通过ZkDistributedLock进行加锁

/**
 * 订单业务逻辑
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-22:47
 */
public class OrderService {
    private OrderNumberCreateUtil orderNumberCreateUtil = new OrderNumberCreateUtil();

    public void getOrderNumber() {
        ZkLock zkLock = new ZkDistributedLock();
        zkLock.zkLock();
        try {

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            zkLock.zkUnlock();
        }
        System.out.println(orderNumberCreateUtil.getOrderNumber());
    }
}

然后在使用多个线程进行操作，而且是在线程里面实例化对象，来进行创建，最终保证每个对象再获取订单的时候，都是唯一的


/**
 * 客户端
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-04-03-22:48
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                new OrderService().getOrderNumber();
                System.out.println(str);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}