分佈式鎖專題-Jedis實現分佈式鎖

1.業務場景引入

在進行代碼實現之前，我們先來看一個業務場景：

系統A是一個電商系統，目前是一臺機器部署，系統中有一個用戶下訂單的接口，但是用戶下訂單之前一定要去檢查一下庫存，確保庫存足夠了纔會給用戶下單。
由於系統有一定的併發，所以會預先將商品的庫存保存在redis中，用戶下單的時候會更新redis的庫存。

此時系統架構如下：

但是這樣一來會產生一個問題：

假如某個時刻，redis裏面的某個商品庫存爲1，此時兩個請求同時到來，其中一個請求執行到上圖的第3步，更新數據庫的庫存爲0，但是第4步還沒有執行。

而另外一個請求執行到了第2步，發現庫存還是1，就繼續執行第3步。

這樣的結果，是導致賣出了2個商品，然而其實庫存只有1個。

很明顯不對啊！這就是典型的庫存超賣問題

此時，我們很容易想到解決方案：用鎖把2、3、4步鎖住，讓他們執行完之後，另一個線程才能進來執行第2步。

按照上面的圖，在執行第2步時，使用Java提供的synchronized或者ReentrantLock來鎖住，然後在第4步執行完之後才釋放鎖。

這樣一來，2、3、4 這3個步驟就被“鎖”住了，多個線程之間只能串行化執行。

但是好景不長，整個系統的併發飆升，一臺機器扛不住了。現在要增加一臺機器，如下圖：

增加機器之後，系統變成上圖所示，我的天！

假設此時兩個用戶的請求同時到來，但是落在了不同的機器上，那麼這兩個請求是可以同時執行了，還是會出現庫存超賣的問題。

爲什麼呢？因爲上圖中的兩個A系統，運行在兩個不同的JVM裏面，他們加的鎖只對屬於自己JVM裏面的線程有效，對於其他JVM的線程是無效的。

因此，這裏的問題是：Java提供的原生鎖機制在多機部署場景下失效了

這是因爲兩臺機器加的鎖不是同一個鎖(兩個鎖在不同的JVM裏面)。

那麼，我們只要保證兩臺機器加的鎖是同一個鎖，問題不就解決了嗎？

此時，就該分佈式鎖隆重登場了，分佈式鎖的思路是：

在整個系統提供一個全局、唯一的獲取鎖的“東西”，然後每個系統在需要加鎖時，都去問這個“東西”拿到一把鎖，這樣不同的系統拿到的就可以認爲是同一把鎖。
至於這個“東西”，可以是Redis、Zookeeper，也可以是數據庫。

通過上面的分析，我們知道了庫存超賣場景在分佈式部署系統的情況下使用Java原生的鎖機制無法保證線程安全，所以我們需要用到分佈式鎖的方案。

那麼，如何實現分佈式鎖呢？

2.分佈式鎖的實現

2.1.分佈式鎖的簡單實現代碼

package com.bruceliu.lock;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.Transaction;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException;

import java.util.List;
import java.util.UUID;

/**
 * @BelongsProject: RedisLock
 * @BelongsPackage: com.bruceliu.lock
 * @Author: bruceliu
 * @QQ:1241488705
 * @CreateTime: 2020-05-06 17:51
 * @Description: 分佈式鎖簡單實現
 */
public class DistributedLock {

    private final JedisPool jedisPool;

    public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
        this.jedisPool = jedisPool;
    }

    /**
     * 加鎖
     * @param lockName       鎖的key
     * @param acquireTimeout 獲取超時時間
     * @param timeout        鎖的超時時間
     * @return 鎖標識
     */
    public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
        Jedis conn = null;
        String retIdentifier = null;
        try {
            // 獲取連接
            conn = jedisPool.getResource();
            // 隨機生成一個value
            String identifier = UUID.randomUUID().toString();
            // 鎖名，即key值
            String lockKey = "lock:" + lockName;

            // 超時時間，上鎖後超過此時間則自動釋放鎖
            int lockExpire = (int) (timeout / 1000);

            // 獲取鎖的超時時間，超過這個時間則放棄獲取鎖
            long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
            while (System.currentTimeMillis() < end) {
                if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
                    conn.expire(lockKey, lockExpire);
                    // 返回value值，用於釋放鎖時間確認
                    retIdentifier = identifier;
                    return retIdentifier;
                }
                // 返回-1代表key沒有設置超時時間，爲key設置一個超時時間
                if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
                    conn.expire(lockKey, lockExpire);
                }
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        } catch (JedisException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (conn != null) {
                conn.close();
            }
        }
        return retIdentifier;
    }


    /**
     * 釋放鎖
     * @param lockName   鎖的key
     * @param identifier 釋放鎖的標識
     * @return
     */
    public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
        Jedis conn = null;
        String lockKey = "lock:" + lockName;
        boolean retFlag = false;
        try {
            conn = jedisPool.getResource();
            while (true) {
                // 監視lock，準備開始事務
                conn.watch(lockKey);
                // 通過前面返回的value值判斷是不是該鎖，若是該鎖，則刪除，釋放鎖
                if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
                    Transaction transaction = conn.multi();
                    transaction.del(lockKey);
                    List<Object> results = transaction.exec();
                    if (results == null) {
                        continue;
                    }
                    retFlag = true;
                }
                conn.unwatch();
                break;
            }
        } catch (JedisException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (conn != null) {
                conn.close();
            }
        }
        return retFlag;
    }
}

2.2.測試剛纔實現的分佈式鎖

例子中使用50個線程模擬秒殺一個商品，使用–運算符來實現商品減少，從結果有序性就可以看出是否爲加鎖狀態。

模擬秒殺服務，在其中配置了jedis線程池，在初始化的時候傳給分佈式鎖，供其使用。

package com.bruceliu.lock;

import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

/**
 * @BelongsProject: RedisLock
 * @BelongsPackage: com.bruceliu.lock
 * @Author: bruceliu
 * @QQ:1241488705
 * @CreateTime: 2020-05-07 09:23
 * @Description: TODO
 */
public class SkillService {

    private static JedisPool pool = null;
    private DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);

    int n = 500;

    static {
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        // 設置最大連接數
        config.setMaxTotal(200);
        // 設置最大空閒數
        config.setMaxIdle(8);
        // 設置最大等待時間
        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
        // 在borrow一個jedis實例時，是否需要驗證，若爲true，則所有jedis實例均是可用的
        config.setTestOnBorrow(true);
        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
    }

    public void seckill() {
        // 返回鎖的value值，供釋放鎖時候進行判斷
        String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");
        System.out.println(--n);
        lock.releaseLock("resource", identifier);
    }
}

2.3.模擬線程進行秒殺服務

package com.bruceliu.lock;

/**
 * @BelongsProject: RedisLock
 * @BelongsPackage: com.bruceliu.lock
 * @Author: bruceliu
 * @QQ:1241488705
 * @CreateTime: 2020-05-07 09:24
 * @Description: TODO
 */
public class TestLock {

    public static void main(String[] args) {
        SkillService service = new SkillService();
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            ThreadA threadA = new ThreadA(service);
            threadA.setName("ThreadNameA->"+i);
            threadA.start();
        }
    }
}

class ThreadA extends Thread {

    private SkillService skillService;

    public ThreadA(SkillService skillService) {
        this.skillService = skillService;
    }

    @Override
    public void run() {
        skillService.seckill();
    }
}

2.4.測試結果

若註釋掉使用鎖的部分：

public void seckill() {
    // 返回鎖的value值，供釋放鎖時候進行判斷
    //String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");
    System.out.println(--n);
    //lock.releaseLock("resource", identifier);
}

從結果可以看出，有一些是異步進行的：