別吵吵，分布式鎖也是鎖

作者：劉欣 2018-11-27 16:17:13

開發(fā)

開發(fā)工具

分布式 tomcat是這個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分， 每當(dāng)有用戶請求過來，Tomcat就會(huì)從線程池里找個(gè)線程來處理，有的執(zhí)行登錄，有的查看購物車，有的下訂單，看著屬下們盡心盡職地工作，完成人類的請求，Tomcat就很有成就感。

 Tomcat的鎖

Tomcat是這個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分， 每當(dāng)有用戶請求過來，Tomcat就會(huì)從線程池里找個(gè)線程來處理，有的執(zhí)行登錄，有的查看購物車，有的下訂單，看著屬下們盡心盡職地工作，完成人類的請求，Tomcat就很有成就感。

與此同時(shí)，它也很得意，所有的業(yè)務(wù)邏輯盡在掌握。MySQL算啥!不就是一個(gè)保存數(shù)據(jù)的地方嗎? Redis算啥!不就是一個(gè)加快速度的緩存嗎?

沒有他們，我也能找到替代品，而我不可替代的， Tomcat經(jīng)常這么想。

昨天MySQL偶然說起隔壁機(jī)器入駐了一個(gè)叫做Node.js的家伙，居然只用一個(gè)線程來執(zhí)行JavaScript代碼，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)邏輯，JavaScript也能到后端來?還用回調(diào)? 這不是胡鬧嗎?不過得小心，別被他把業(yè)務(wù)都給搶走了。

想到此處，Tomcat立刻去查看各個(gè)線程活干得怎么樣，有沒有人故意偷懶。

線程0x9527和0x7954又在吵架了，原因非常簡單，他們倆都去做扣減庫存的操作：讀取庫存，修改庫存，寫回?cái)?shù)據(jù)庫。

線程的并發(fā)執(zhí)行導(dǎo)致三個(gè)操作交織在了一起，***數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不一致。

Tomcat說：“你們怎么搞的，為什么要把庫存讀出來，直接update 庫存不行嗎? 讓MySQL老頭兒去保證正確性。要學(xué)會(huì)甩鍋啊!”

0x7954回答道：“沒辦法，張大胖的代碼就是這么寫的，好像是業(yè)務(wù)要求的，扣減庫存之前要檢查庫存夠不夠?！?/p>

Tomcat一陣牙疼， 不由得想起了Redis的處理辦法， 對于每個(gè)讀寫緩存的請求，Redis都把他們給排成了隊(duì)，用一個(gè)線程挨個(gè)去處理，肯定沒有這個(gè)并發(fā)的問題了。

可是自己這里不行啊，訪問數(shù)據(jù)庫是極慢的操作，如果只用一個(gè)線程，一個(gè)個(gè)地處理請求，所有的請求都得等待，人類會(huì)急死的。

沒辦法，Tomcat扔給他們倆一個(gè)Java對象：“這是一把鎖，以后誰先搶到誰才能執(zhí)行扣減庫存的三個(gè)操作?！?/p>

“如果搶不到怎么辦?”

“阻塞等待，別人釋放了鎖，JVM自然會(huì)喚醒你，然后再去搶! 什么時(shí)候搶到，什么時(shí)候執(zhí)行。”

分布式的鎖

張大胖覺得有點(diǎn)不對勁， 這幾天程序執(zhí)行怎么有點(diǎn)兒慢了呢?

他還以為是機(jī)器性能不夠，就申請了幾臺(tái)新機(jī)器，又安裝了幾個(gè)Tomcat，組成了一個(gè)集群。

這下可好，三個(gè)Tomcat， 每個(gè)Tomcat都有一把鎖來控制對庫存的訪問。

在Tomcat這個(gè)JVM進(jìn)程內(nèi)部，同一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)幸運(yùn)兒線程可以扣減庫存，可是現(xiàn)在有三個(gè)Tomcat，出現(xiàn)了三個(gè)幸運(yùn)兒。

這三個(gè)幸運(yùn)兒在扣減庫存的時(shí)候，仍然會(huì)出現(xiàn)0x7954和0x9527那樣的錯(cuò)誤，只不過現(xiàn)在他們互不知曉，連吵架的機(jī)會(huì)都沒有了。

三個(gè)Tomcat都覺得頭大，在這個(gè)分布式的環(huán)境中，多個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行，原來那種進(jìn)程內(nèi)的鎖已經(jīng)失效，當(dāng)務(wù)之急是找一個(gè)客觀、公正、獨(dú)立的第三方來實(shí)現(xiàn)鎖的功能。

MySQL提議： “到我這里來找鎖啊!”

“你那里能提供一個(gè)鎖服務(wù)? 暴露出來讓我們使用? ” Tomcat A問道。

“不不，不是一個(gè)鎖服務(wù)，我給你們一個(gè)數(shù)據(jù)庫表，這個(gè)表中的字段lock_name有個(gè)唯一性約束?！?/p>

“你的意思是，我們的線程每次想獲得鎖的時(shí)候，都去數(shù)據(jù)庫插入一條數(shù)據(jù)? ” Tomcat A 反映很快。

  
 
 
 

   
  
  
  
insert into locks(lock_name,...) values('stock',...); 
  
 
 
 

“對啊，我的唯一性約束只能保證一個(gè)成功，其他的都失敗，就相當(dāng)于獲得鎖了。 當(dāng)然那個(gè)線程的操作完成以后，需要釋放鎖?！?/p>

  
 
 
 

   
  
  
  
delete from locks where lock_name='stock' 
  
 
 
 

這倒是一個(gè)簡單的辦法， 但也是一個(gè)重量級的辦法：每次獲得鎖都得訪問一次數(shù)據(jù)庫!

假設(shè)來自TomcatA的0x9527捷足先登，插入了一條數(shù)據(jù)，獲得了鎖， 那來自Tomcat B的0x7954操作肯定失敗，這時(shí)候0x7954該怎么辦? 能阻塞等待TomcatB來喚醒他嗎? 不行，因?yàn)檫BTomcatB 都不知道0x9527什么時(shí)候操作完成， 除非MySQL來通知各個(gè)Tomcat， 這是肯定不行的。

那0x7954@TomcatB只能做一件事情： 等待一會(huì)兒，然后重試! 如此循環(huán)下去，直到獲得鎖為止。

可是如果0x9527獲得了鎖，在執(zhí)行的過程中TomcatA 掛掉了，那數(shù)據(jù)庫記錄一直存在，無人刪除，那鎖就永遠(yuǎn)也無法釋放了! 還得弄一個(gè)清理者， 清理那些過期沒釋放的鎖， 這實(shí)在是太麻煩了。

Redis

這時(shí)候Redis說道：“千萬別上MySQL的賊船!他的辦法太笨重了，不就是找個(gè)第三方來保存鎖的信息嗎? 用我的緩存多好!”

“Redis這小子操作的是內(nèi)存，速度會(huì)快很多!” Tomcat B說道。

“對，MySQL不是給你們提供了一張表讓你們插入數(shù)據(jù)嗎? 我這里不用那么麻煩，你們Tomcat的線程，都可以嘗試到我的緩存中設(shè)置一個(gè)值，比如stock_lock=true， 誰先設(shè)置成功，誰就獲得了鎖，可以去扣減庫存。”

“ 如果有多個(gè)線程去設(shè)置，你能保證只有一個(gè)成功，別的都失敗嗎? ”

Redis拍拍胸脯： “絕對保證!”

(碼農(nóng)翻身老劉注：其實(shí)就是setnx命令了)

MySQL撇撇嘴：“和我的方案本質(zhì)上是一樣的。人家Tomcat 的線程對庫存做了修改以后，也還得去解鎖，去刪除這個(gè)stock_lock?！?/p>

Redis說：“我這里還能設(shè)置過期時(shí)間，如果Tomcat A上線程獲得了鎖，然后Tomcat A掛掉了， 到了過期時(shí)間，我就可以自動(dòng)把這個(gè)stock_lock刪除，別的線程又可以獲得鎖了!”

“嗯，是比MySQL先進(jìn)，并且速度更快，我們還是用這個(gè)鎖吧?！?三個(gè)Tomcat都表示同意。

定期自動(dòng)釋放的問題

“且慢，這個(gè)自動(dòng)刪除過期的鎖有問題啊 !” MySQL突然反擊。

“什么問題?” Redis沒想到數(shù)據(jù)庫老頭兒還想負(fù)隅頑抗。

“假設(shè)Tomcat A上的0x9527獲得了鎖， 去執(zhí)行扣減庫存的操作，然后由于某種原因被阻塞了，阻塞的時(shí)間超過了過期時(shí)間，鎖被你釋放掉了，最終還是會(huì)出現(xiàn)不一致!”

“你這是吹毛求疵，絕對是小概率事件!” Redis叫道!

“再說了，用你的數(shù)據(jù)庫方案，也得定期清理那些鎖，道理是一樣的?！?/p>

行鎖

第二天， MySQL高興得去找Tomcat：“兄弟們，我昨天晚上和Quartz(一個(gè)著名的定時(shí)執(zhí)行框架)聊了半宿，他告訴了我一個(gè)新的用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)分布式鎖的辦法， 行鎖。”

“看到?jīng)]有， 通過添加一個(gè)for udpate ，這個(gè)SQL語句會(huì)把這一行給鎖定，就是獲得了鎖! 只要事務(wù)一提交，這個(gè)行鎖就自動(dòng)釋放了?！?/p>

“那沒有獲得鎖的別的線程呢? ”

“自然是阻塞住了，等到別的線程釋放了行鎖，它可以自動(dòng)去獲取，代碼中都不用循環(huán)重試，你看，之前的方案都做不到這一點(diǎn)吧。” MySQL說道。

“那要是有個(gè)線程遲遲不釋放行鎖，會(huì)發(fā)生什么問題?” Tomcat最關(guān)心這個(gè)。

“那其他線程都會(huì)等待，并且占用著數(shù)據(jù)庫連接不釋放，嗯，如果連接被占用得過多，連接池就要出問題了......” MySQL底氣不足了，這可是個(gè)致命的問題。

“哈哈，看你出的什么餿注意!還是用我的鎖吧!” Redis笑道。

“那人家Quartz為什么可以用?”MySQL不死心。

“估計(jì)Quartz業(yè)務(wù)單一，并且鎖釋放得很快，不會(huì)出問題吧。”

CAS

正在這時(shí)，Node.js悄悄地走過來， 把數(shù)據(jù)庫老頭兒拉走了：“前輩，別給他們一般見識(shí)，不就是扣減庫存嗎，用啥分布式鎖!， 咱們這么做：”

#old_num = 先獲取現(xiàn)有的庫存數(shù)量

  
 
 
 

   
  
  
  
#new_num = #old_num - 10  
   
  
  
  
update stock set stock_num = #new_num where product_id=#product_id and stock_num = #old_num 
  
 
 
 

MySQL眼前一亮， 是啊，每次把這個(gè)#old_num 作為條件傳進(jìn)去調(diào)用update語句，如果能成功，說明在這段時(shí)間內(nèi)沒有別的線程更新庫存;

如果不成功，那就重新執(zhí)行這三條語句，直到成功為止， 就這個(gè)么簡單， 完全不用鎖，真是太爽了。

過了幾天，Tomcat他們也聽說了這個(gè)方案， 驚訝地說：“這不就是我們Java常用的Compare And Set(CAS)嗎?”

總結(jié)

與此同時(shí)，張大胖開始做總結(jié)：分布式鎖和進(jìn)程內(nèi)的鎖本質(zhì)上是一樣的。

1. 要互斥，同一時(shí)刻只能被一臺(tái)機(jī)器上的一個(gè)線程獲得。

2. ***支持阻塞，然后喚醒，這樣那些等待的線程不用循環(huán)重試。

3. ***可以重入(本文沒有涉及，參見《編程世界的那把鎖》)

4. 獲得鎖和釋放鎖速度要快

5. 對于分布式鎖，需要找到一個(gè)集中的“地方”(數(shù)據(jù)庫，Redis, Zookeeper等)來保存鎖，這個(gè)地方***是高可用的。

6. 考慮到“不可靠的”分布式環(huán)境， 分布式鎖需要設(shè)定過期時(shí)間

7. CAS的思想很重要。

【本文為51CTO專欄作者“劉欣”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過作者微信公眾號coderising獲取授權(quán)】

戳這里，看該作者更多好文

網(wǎng)頁題目：別吵吵，分布式鎖也是鎖
URL標(biāo)題：http://m.5511xx.com/article/djsposd.html