分布式锁介绍和一些例子

背景

多进程和多线程中有时候需要加锁，分布式锁是不同主机的不同线程之间需要加锁，加锁的目的就是保证数据一致性，防止数据竞争，单机中有很多保证数据一致性的手段，比如互斥锁、信号量、条件变量等等，那么多主机多线程就需要分布式锁

分布式锁是个啥

分布式锁其实算一种资源，存储在网络主机上，根据不同的手段来实现互斥加锁、解锁。有几个基础的操作，加锁、解锁、网络的交互、而且要求加锁和解锁是一个对象

特点

特点主要有四个

1. 互斥性，因为要保证数据一致性，防止数据竞争，因此需要互斥性，仅有一个节点持锁
2. 锁超时，不能集群中一个节点加上锁后，就一直上锁，这样的话如果加锁节点崩溃了，那么这个锁就一直加锁了，其他节点就不能访问资源了，因此要给加锁设置一个时间，超过时间自动释放，如果还想继续用，自己续锁(添加加锁时间)
3. 可用性，可用性就是在合理的时间内得到正确的回复，如果不保证可用性，存储锁的节点如果崩溃了，那么锁就没有了，其他节点再加锁就会出现不对的情况，可用性根本法则就是 copy，也就是有多个备份点
4. 容错性，在可用性的基础上，存储锁节点崩溃后，保证锁是由正常行为的(加锁或解锁状态，谁给其加锁的等等)，也就是节点崩溃后替换上来的节点和不崩溃的状态要一模一样，主要是使用 raft 一致性算法（半数）,redis 的 redlock

类型

主要有两个类型

1. 可重入锁/非可重入锁，也就是是否是递归锁
2. 公平锁/非公平锁，也就是互斥锁和自旋锁的区别，公平体现在互斥锁加锁动作获取不到锁，就在阻塞队列排队了，而自旋锁一直在轮询尝试加锁

实现的重点

1. 锁本质是一个节点上的资源，需要一个节点存储；要保证可用性，避免锁失效
2. 加锁和解锁需要是同一个节点
3. 互斥语义
4. 加锁解锁行为是网络通信，需要锁超时
5. 获取已持有锁方法
   1. 主动轮询持锁 非公平锁
   2. 被动通知
      1. 广播 非公平锁（不是按照排队的顺序获得的）
      2. 排队单独通知 公平锁
6. 是否允许同一对象多次加锁
   1. 重入锁
   2. 非重入锁

分布式样例

mysql

mysql 实现分布式主要是利用数据库唯一键的约束来实现互斥性，构建一个表来实现分布式锁。这个表来存储所有的分布式锁。

DROP TABLE IF EXISTS `dislock`;
CREATE TABLE `dislock` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `lock_type` varchar(64) NOT NULL COMMENT '锁类型',
  `owner_id` varchar(255) NOT NULL COMMENT '持锁对象',
  `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `idx_lock_type` (`lock_type`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT
CHARSET=utf8 COMMENT='分布式锁表';

加锁操作和解锁操作

INSERT INTO dislock (`lock_type`, `owner_id`)
VALUES ('act_lock', 'ad2daf3');

DELETE FROM dislock WHERE `lock_type` = 'act_lock'
AND `owner_id` = 'ad2daf3';

看看是否可以满足分布式锁的特性

1. 可用性取决于使用的 mysql 的可用性，如果不是 mysql 集群，仅有一个 mysql 单点，那单点崩溃了，就不可用了
2. 加锁和解锁需要是同一个节点，owner_id 字段来实现加锁和解锁是一个节点
3. 互斥性，唯一键值保证了互斥语义的实现
4. 锁超时，mysql 本身没有实现定时机制，因此需要自己单独开一个线程不断轮询的判断锁是否超时
5. 获取已持有锁方法，依然需要自己有一个线程，不断地轮询判断能否可以加锁，因此是非公平锁
6. 加一个 count 字段来记录加锁次数，只有当次数为 0 时，才释放锁。因此可以根据实现，来实现重入锁和非重入锁，配合 owner_id 字段来实现

mysql 实现分布式锁的场景（效率最低，最不完备）

1. 当主机中仅有 mysql 时，主要业务用不到其他的组件
2. 仅有少量的业务使用分布式锁

redis

redis 是一种内存数据库，一半是用来做缓存的，官方有分布式锁的样例

看看是否可以满足分布式锁的特性

1. 可用性，redis 是可以实现可用性的，redis 本事有哨兵模式和 cluster 模式，可以保证数据的可用性，但是容错是不能保证的，因为主从复制是采用异步复制的方式的，因此容错性是不行的。
   1. 同步复制，集群所有节点全部写入了，再返回成功
   2. 异步复制，raft 一致性协议，半数写入就可以返回成功
2. 加锁和解锁需要是同一个节点，本身有实现此类机制的命令实现，lua 脚本可以实现原子操作，并且可以实现锁超时和互斥性
3. redlock 解决容错性，redlock 就是有多个 redis 进程，加锁的时候对每个进程进行加锁，半数以上的进程加锁成功，加锁才成功，解锁的时候对每个进程都解锁，半数解锁成功才算成功

redis 实现分布式锁的场景(效率最高)

1. 我们业务用到了 redis，比如做缓存什么的，有 redis 可以使用
2. 我们有 redis 集群，那么可以使用其中一个或多个节点实现分布式锁

etdc

完备性最高的分布式锁