看大數(shù)據(jù)大佬手把手帶你實現(xiàn)基于ZooKeeper、Redis的分布式鎖

作者：程序員小七 2019-11-18 14:16:10

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Redis 在分布式系統(tǒng)中，分布式鎖是為了解決多實例之間的同步問題。例如master選舉，能夠獲取分布式鎖的就是master，獲取失敗的就是slave。又或者能夠獲取鎖的實例能夠完成特定的操作。

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在分布式系統(tǒng)中，分布式鎖是為了解決多實例之間的同步問題。例如master選舉，能夠獲取分布式鎖的就是master，獲取失敗的就是slave。又或者能夠獲取鎖的實例能夠完成特定的操作。

目前比較常用的分布式鎖實現(xiàn)有兩種，基于zookeeper實現(xiàn)和基于redis實現(xiàn)。zookeeper和redis也是生產(chǎn)環(huán)境中經(jīng)常用到的第三方組件。下面我會分析它們的實現(xiàn)原理。

分布式鎖實現(xiàn)要求

實現(xiàn)一個分布式鎖至少要滿足下面三點要求：

1. 互斥，在任何時候同一個鎖只能由一個客戶端持有。
2. 不會死鎖，就算持有的客戶端異常崩潰也不會影響后續(xù)客戶端加鎖。
3. 誰加鎖誰解鎖，加鎖和解鎖都必須是同一個客戶端。

zookeeper分布式鎖

在講解zookeeper的分布式鎖之前有兩個概念需要明確：

1. 臨時節(jié)點：生命周期和鏈接周期一致。例如客戶端鏈接A創(chuàng)建了臨時節(jié)點NodeA，如果鏈接A關閉或者網(wǎng)絡異常斷開，那么NodeA也會跟著消失。
2. 順序節(jié)點：節(jié)點名稱按照順序從小到大創(chuàng)建，例如先創(chuàng)建了000000001，那么接著創(chuàng)建的節(jié)點就會分配000000002。

zookeeper的分布式鎖實現(xiàn)原理就是利用臨時順序節(jié)點，大概流程為：

• 每個客戶端對某個功能加鎖時，在zookeeper指定目錄下生成一個唯一的臨時順序節(jié)點。
• 所有臨時節(jié)點中序號最小的節(jié)點即為當前鎖的持有者。
• 釋放鎖時將自己持有的臨時節(jié)點刪除即可。

例如，對于加鎖過程，所有的客戶端都在/lock目錄下面創(chuàng)建臨時節(jié)點，如果發(fā)現(xiàn)自己創(chuàng)建的臨時節(jié)點是/lock目錄中最小的節(jié)點，那么就獲取鎖成功，否則就watch比自己小的節(jié)點中的最大節(jié)點。

監(jiān)控比自己小的節(jié)點中的最大節(jié)點是為了避免“驚群”效應，避免一個鎖釋放把所有等待的客戶端喚醒，但是只有一個客戶端能獲取鎖。

對于釋放鎖，只需要把自己創(chuàng)建的臨時順序節(jié)點刪除即可。整個過程流程圖如下：

優(yōu)點：鎖安全性高，zookeeper數(shù)據(jù)不易丟失。用戶使用簡單。

缺點：性能消耗比較高。因為需要動態(tài)產(chǎn)生和刪除臨時節(jié)點，當集群負載比較高時臨時節(jié)點消失會有時間差(一般在一分鐘范圍內(nèi))。

redis分布式鎖

redis的分布式鎖實現(xiàn)比zookeeper分布式鎖實現(xiàn)復雜，也分為redis單實例和多實例(master-master)實現(xiàn)方式。

需要特別指出的是redis如果是master-slave這種結構部署時，獲取和釋放鎖都只能向master請求，和單實例的實現(xiàn)原理基本一樣，否則主從切換時會出現(xiàn)多人拿到同一把鎖的情況。

例如：

客戶端A在master拿到了鎖。

master節(jié)點在把A創(chuàng)建的key寫入slave之前宕機了。(主從同步是異步操作)

slave變成了master節(jié)點。

B也得到了和A還持有的相同的鎖，因為slave還沒有A持有鎖的信息。

redis單實例實現(xiàn)方案

通過下面命令獲得鎖：

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

這個命令的作用是只有這個key不存在時才會設置這個key的值(NX的作用，即not exist)，超時時間設置為30000毫秒(PX的作用)，這個key的值設置為my_random_value。這個值必須在所有獲取鎖請求的客戶端里面保持唯一。

key值的超時時間，也叫做“鎖有效時間”。這是鎖的自動釋放時間。

這套實現(xiàn)方案在非分布式的、單點的、保證永不宕機的環(huán)境是適用的。

redis集群實現(xiàn)方案(Redlock算法)

在分布式版本的算法里我們假設有N個redis master節(jié)點，這些節(jié)點完全獨立，不用任何的復制或者分布式協(xié)調(diào)算法來同步數(shù)據(jù)。

這里假設N=5，一個客戶端獲取鎖的過程如下：

• 獲取當前以毫秒為單位的時間。
• 輪詢用相同的key在N個節(jié)點上面請求鎖。(每個請求的超時時間設置的短一些，為了一個master節(jié)點不用時，快速請求下一個master)。
• 如果在超過一半master節(jié)點上面成功獲取鎖(這里是3個)，客戶端計算第二步請求鎖花費的時間，如果小于鎖釋放時間，則認為獲取鎖成功。
• 如果鎖獲取成功了，那么現(xiàn)在 鎖自動釋放時間=最初鎖釋放時間-請求鎖花費的時間
• 如果獲取鎖失敗了(成功的鎖不超過master數(shù)量的一般 或者 請求耗時>鎖釋放時間)，那么客戶端都會在每個master節(jié)點上面釋放鎖。

獲取鎖成功的節(jié)點數(shù)需要超過master節(jié)點數(shù)量的一半才認為是獲取鎖成功的思路應該是借鑒了zookeeper的paxos算法。

還有一個需要指出的點是，當一個客戶端獲取失敗時應該隨時延時后再進行重試，避免多個客戶端同時重試又同時失敗。

優(yōu)點：性能高

缺點：單實例會有單點問題，多實例主從切換會導致數(shù)據(jù)丟失，master-master集群模式實現(xiàn)復雜。

看大佬給你講解基于Zookeeper、Redis的分布式鎖

新聞標題：看大數(shù)據(jù)大佬手把手帶你實現(xiàn)基于Zookeeper、Redis的分布式鎖
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