分布式锁框架分析

三大引擎分析

zookeeper引擎分析

优点:

  • 锁安全性高,zk可持久化,且能实时监听获取锁的客户端状态。
  • zookeeper支持watcher机制,这样实现阻塞锁,可以watch锁数据,等到数据被删除,zookeeper会通知客户端去重新竞争锁。
  • zookeeper的数据可以支持临时节点的概念,即客户端写入的数据是临时数据,在客户端宕机后,临时数据会被删除,这样就实现了锁的异常释放。使用这样的方式,就不需要给锁增加超时自动释放的特性了。

缺点:

  • 性能开销比较高。因为其需要动态产生、销毁瞬时节点来实现锁功能。所以不太适合直接提供给高并发的场景使用。
  • zk使用的Zab的一致性协议,写是一个两阶段协议,效率上要差一些。
  • 使用watch时,由于watch使用较多,watch对zookeeper性能有一定影响。

适用场景:

  • 对可靠性要求非常高,且并发程度不高的场景下使用。如核心数据的定时全量/增量同步等。


tair引擎分析

优点:

  • 同时支持分布式缓存和持久化存储。
  • 自动的复制和迁移,自动扩容。
  • tair支持Version、原子计数、和Item支持。
  • 使用的中心化的架构设计和一致性 hash 算法的数据分布,同时支持在线数据迁移。
  • 数据可靠性⾼、成本低。

缺点:

  • 在⼤并发访问下性能可能会有较⼤抖动
  • 在某些情况下(如客户端gc、磁盘io、慢请求阻塞)会导致请求超时问题,在分布式锁的使用中会导致获取锁失败。

场景:

  • 数据规模较⼤、冷热数据显著的业务场景,对分布式锁可靠性有一定要求,但并发量要求没有太高的时候使用。

redis引擎分析

优点:

  • 并发高效,redis自3.0自身支持集群,同时支持哨兵机制,高性能低延迟。
  • redis可以持久化数据。
  • redis使用单进程单线程,内存存储,速度非常快,比memcached还要快很多,所以支持的并发访问量可以很高。
  • 现已有成熟的java客户端,如jedis。

缺点:

  • redis采用某些淘汰策略,所以如果内存不够,可能导致缓存中的锁信息丢失。
  • 一旦缓存服务宕机,锁数据就丢失了。像redis自带复制功能,可以对数据可靠性有一定的保证,但是由于复制也是异步完成的,因此依然可能出现master节点写入锁数据而未同步到slave节点的时候宕机,锁数据丢失问题。
  • 需要加入超时机制避免死锁。
  • 成本较高。

场景:

  • 高并发,需要加入超时机制避免死锁,提供足够的支撑锁服务的内存空间,稳定的集群化管理,同时没有对数据的可靠性有较高要求。

自研分布式锁分析

优点:

  • 提供了引擎的多种选择,多种可靠性和不同并发量的阶梯选择。
  • 可扩展性强,可以加入其他引擎。
  • zk引擎和tair引擎目前都支持可重入读写锁。
  • 作为一个sdk,可以使用jar包直接导入,业务使用简单。

缺点:

  • 目前相对而言,相对粗糙,多种功能未完成,已有功能需完善。
  • 目前没有管理界面和工具,排错需要到集群上和业务机器上进行。
  • 没有建立容灾机制。
  • tair请求超时问题未解决。
  • tair的可重入读写锁暂时支持的不够好,需要研究改进。
  • redis存在redlock的问题:锁失效问题和单点问题。
  • 没有提供引擎的降级方案,也不能一键切换引擎,需要业务机器停下业务逐个切换。
  • 需要提供专属集群。
  • 代码层次需要优化,注释相对较少。

项目的改进

  1. curator最流行的zookeeper的客户端,对分布式锁有很好的支持,有提供模仿jdk锁的API,对项目的后期改进空间较大,故zookeeper引擎内部zookeeper客户端换成curator。
  2. 增加一个服务端以及web界面,管理分布式锁客户端机器的状态信息(记录连接机器的IP地址、持有锁的机器的IP地址、机器的appkey等),以及集群的锁的记录等信息管理和查看。
  3. 由于业务在运行时对引擎进行切换,服务端会丢失锁的记录信息,而且没有较好的解决方案;同时大多数业务在给出需求时就可以确定最合适的引擎,故除去引擎降级方案,增加另一集群进行切换。
  4. 需要建立容灾机制,双中心容灾或异地容灾后期研究。
  5. 目前已知tair引擎在并发量大的时候会出现请求超时问题,需要查看集群状态,后期研究改进。
  6. 提供鉴权,同时对appkey和secret的校验移至服务端进行。
  7. 提供统计功能:统计单个机器调用分布式锁次数,调用成功和失败次数,异常统计。
  8. 解决redlock的问题,同时squirrel的redission的方案进行研究。
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