分佈式互斥方法
什麼是分佈式互斥？
對於同一個共享資源，當一個程序正在使用的時候，不希望被其他程序打擾，這種排他性的資源訪問方式，叫做分佈式互斥，被互斥訪問的共享資源被稱作臨界資源(Critical Resource).
有什麼方法可以讓分佈式系統裏的程序互斥地訪問臨界資源？
我們一般有三種方法：
- 集中式算法（霸道總裁）
- 分佈式算法（民主協商）
- 令牌環算法（輪值CEO）
集中式互斥算法
我們引入一個協調者程序，每個程序在訪問臨界資源時，先向協調者發送一個請求，如果當前沒有其他程序使用這個資源，協調者直接發送授權信息給請求程序去訪問；否則，協調者會按照先來後到的順序爲請求程序“排個號”。如果有程序使用完資源，則通知協調者，協調者從“排號”的隊列裏取出排在最前面的請求，並給它發送授權消息。拿到授權消息的程序，可以直接去訪問臨界資源。
集中式算法也被稱爲中央服務器算法。
使用該算法，一個程序訪問一次臨界資源，需要完成3次消息交互：
- 向協調者發送請求授權信息
- 協調者向程序發放授權信息
- 程序使用完臨界資源後，向協調者發送釋放授權信息
集中式算法的優點在於直觀、簡單、信息交互量少、易於實現，並且所有程序都只和協調者通信，程序彼此之間無需通信。
集中式算法的缺點在於協調者：
- 協調者會成爲系統的性能瓶頸。
- 協調者容易引發單點故障，協調者不可用時，會導致整個系統不可用。
分佈式互斥算法
當一個程序要訪問臨界資源時，先向系統中的其他程序發送一條請求信息，在接收到所有程序返回的同意消息後，纔可以訪問臨界資源。其中請求消息包括所請求的資源、請求者ID以及發起請求的時間。
它是一種使用組播和邏輯時鐘的算法。
使用該算法，一個程序訪問一次臨界資源，需要進行2*(n-1)次消息交互：
- 向其他n-1個程序發送訪問臨界資源的請求，總共需要n-1次消息交互
- 需要接收到其他n-1個程序回覆的同意消息，才能訪問資源，總共需要n-1次消息交互
它的缺點主要包括：
- 當系統內需要訪問臨界資源的程序增多時，或者需要訪問的臨界資源數量增多時，容易產生“信令風暴”，也就是程序收到的請求完全超過了自己的處理能力，導致自己正常的業務無法展開。
- 一旦某一程序發生故障，無法發送統一消息，那麼其他程序均處於等待回覆的狀態中，使得整個系統處於停滯狀態，導致不可用（一種改進可用性的辦法是如果檢測到一個程序故障，那麼直接忽略該程序，無需再等待它的同意消息）。
分佈式算法提供了一個“先到先得”和“投票全票通過”的公平訪問機制，但是它的通信成本比較高，可用性也比集中式算法低，適用於臨界資源使用頻度較低，且系統規模較小的場景。
令牌環算法
所有程序構成一個環結構，令牌按照順序在程序之間傳遞，收到令牌的程序有權訪問臨界資源，訪問完成後將令牌傳送給下一個程序，如果該程序不需要訪問臨界資源，則直接把令牌傳送給下一個程序。
令牌環算法也被稱作基於環的算法。它非常適合通信模式爲令牌環方式的分佈式系統。
令牌換算法的優點在於單個參與者通信效率高以及可用性比較高。它的缺點在於當參與者對臨界資源使用頻率比較低時，會帶來大量無用通信。
令牌環算法的公平性高，適用於系統規模較小，並且系統中每個程序使用臨界資源頻率高且使用時間較短的場景。