大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都是分布式部署的，分布式部署確實(shí)能帶來性能和效率上的提升，但為此，我們就需要多解決一個(gè)分布式環(huán)境下，數(shù)據(jù)一致性的問題。

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當(dāng)某個(gè)資源在多系統(tǒng)之間，具有共享性的時(shí)候，為了保證大家訪問這個(gè)資源數(shù)據(jù)是一致的，那么就必須要求在同一時(shí)刻只能被一個(gè)客戶端處理，不能并發(fā)的執(zhí)行，否者就會(huì)出現(xiàn)同一時(shí)刻有人寫有人讀，大家訪問到的數(shù)據(jù)就不一致了。

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一、我們?yōu)槭裁葱枰植际芥i？

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在單機(jī)時(shí)代，雖然不需要分布式鎖，但也面臨過類似的問題，只不過在單機(jī)的情況下，如果有多個(gè)線程要同時(shí)訪問某個(gè)共享資源的時(shí)候，我們可以采用線程間加鎖的機(jī)制，即當(dāng)某個(gè)線程獲取到這個(gè)資源后，就立即對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行加鎖，當(dāng)使用完資源之后，再解鎖，其它線程就可以接著使用了。例如，在JAVA中，甚至專門提供了一些處理鎖機(jī)制的一些API（synchronize/Lock等）

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但是到了分布式系統(tǒng)的時(shí)代，這種線程之間的鎖機(jī)制，就沒作用了，系統(tǒng)可能會(huì)有多份并且部署在不同的機(jī)器上，這些資源已經(jīng)不是在線程之間共享了，而是屬于進(jìn)程之間共享的資源。

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因此，為了解決這個(gè)問題，我們就必須引入「分布式鎖」。

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分布式鎖，是指在分布式的部署環(huán)境下，通過鎖機(jī)制來讓多客戶端互斥的對(duì)共享資源進(jìn)行訪問。

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分布式鎖要滿足哪些要求呢？

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排他性：在同一時(shí)間只會(huì)有一個(gè)客戶端能獲取到鎖，其它客戶端無法同時(shí)獲取

避免死鎖：這把鎖在一段有限的時(shí)間之后，一定會(huì)被釋放（正常釋放或異常釋放）

高可用：獲取或釋放鎖的機(jī)制必須高可用且性能佳

講完了背景和理論，那我們接下來再看一下分布式鎖的具體分類和實(shí)際運(yùn)用。

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二、分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式有哪些？

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目前主流的有三種，從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度上來看，從上往下難度依次增加：

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基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

基于Redis實(shí)現(xiàn)

基于ZooKeeper實(shí)現(xiàn)

無論哪種方式，其實(shí)都不完美，依舊要根據(jù)咱們業(yè)務(wù)的實(shí)際場(chǎng)景來選擇。

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基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)：

基于數(shù)據(jù)庫(kù)來做分布式鎖的話，通常有兩種做法：

基于數(shù)據(jù)庫(kù)的樂觀鎖

基于數(shù)據(jù)庫(kù)的悲觀鎖

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我們先來看一下如何基于「樂觀鎖」來實(shí)現(xiàn)：

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樂觀鎖機(jī)制其實(shí)就是在數(shù)據(jù)庫(kù)表中引入一個(gè)版本號(hào)（version）字段來實(shí)現(xiàn)的。

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當(dāng)我們要從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，同時(shí)把這個(gè)version字段也讀出來，如果要對(duì)讀出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新后寫回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，則需要將version加1，同時(shí)將新的數(shù)據(jù)與新的version更新到數(shù)據(jù)表中，且必須在更新的時(shí)候同時(shí)檢查目前數(shù)據(jù)庫(kù)里version值是不是之前的那個(gè)version，如果是，則正常更新。如果不是，則更新失敗，說明在這個(gè)過程中有其它的進(jìn)程去更新過數(shù)據(jù)了。

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下面找圖舉例，

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如圖，假設(shè)同一個(gè)賬戶，用戶A和用戶B都要去進(jìn)行取款操作，賬戶的原始余額是2000，用戶A要去取1500，用戶B要去取1000，如果沒有鎖機(jī)制的話，在并發(fā)的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)余額同時(shí)被扣1500和1000，導(dǎo)致最終余額的不正確甚至是負(fù)數(shù)。但如果這里用到樂觀鎖機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)用戶去數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取余額的時(shí)候，除了讀取到2000余額以外，還讀取了當(dāng)前的版本號(hào)version=1，等用戶A或用戶B去修改數(shù)據(jù)庫(kù)余額的時(shí)候，無論誰(shuí)先操作，都會(huì)將版本號(hào)加1，即version=2，那么另外一個(gè)用戶去更新的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)版本號(hào)不對(duì)，已經(jīng)變成2了，不是當(dāng)初讀出來時(shí)候的1，那么本次更新失敗，就得重新去讀取最新的數(shù)據(jù)庫(kù)余額。

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通過上面這個(gè)例子可以看出來，使用「樂觀鎖」機(jī)制，必須得滿足：

（1）鎖服務(wù)要有遞增的版本號(hào)version

（2）每次更新數(shù)據(jù)的時(shí)候都必須先判斷版本號(hào)對(duì)不對(duì)，然后再寫入新的版本號(hào)

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我們?cè)賮砜匆幌氯绾位凇副^鎖」來實(shí)現(xiàn)：

悲觀鎖也叫作排它鎖，在Mysql中是基于 for update 來實(shí)現(xiàn)加鎖的，例如：

//鎖定的方法-偽代碼public boolean lock(){ ? ?connection.setAutoCommit(false) ? ?for(){ ? ? ? ?result = ? ? ? ?select * from user where ? ? ? ?id = 100 for update; ? ? ? ?if(result){ ? ? ? ? //結(jié)果不為空， ? ? ? ?//則說明獲取到了鎖 ? ? ? ? ? ?return true; ? ? ? ?} ? ? ? ?//沒有獲取到鎖，繼續(xù)獲取 ? ? ? ?sleep(1000); ? ?} ? ?return false; }//釋放鎖-偽代碼connection.commit();

上面的示例中，user表中，id是主鍵，通過 for update 操作，數(shù)據(jù)庫(kù)在查詢的時(shí)候就會(huì)給這條記錄加上排它鎖。

（需要注意的是，在InnoDB中只有字段加了索引的，才會(huì)是行級(jí)鎖，否者是表級(jí)鎖，所以這個(gè)id字段要加索引）

當(dāng)這條記錄加上排它鎖之后，其它線程是無法操作這條記錄的。

那么，這樣的話，我們就可以認(rèn)為獲得了排它鎖的這個(gè)線程是擁有了分布式鎖，然后就可以執(zhí)行我們想要做的業(yè)務(wù)邏輯，當(dāng)邏輯完成之后，再調(diào)用上述釋放鎖的語(yǔ)句即可。

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基于Redis實(shí)現(xiàn)

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基于Redis實(shí)現(xiàn)的鎖機(jī)制，主要是依賴redis自身的原子操作，例如：

SET user_key user_value NX PX 100

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redis從2.6.12版本開始，SET命令才支持這些參數(shù)：

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NX：只在在鍵不存在時(shí)，才對(duì)鍵進(jìn)行設(shè)置操作，SET key value NX 效果等同于 SETNX key value?

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PX millisecond：設(shè)置鍵的過期時(shí)間為millisecond毫秒，當(dāng)超過這個(gè)時(shí)間后，設(shè)置的鍵會(huì)自動(dòng)失效

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上述代碼示例是指，當(dāng)redis中不存在user_key這個(gè)鍵的時(shí)候，才會(huì)去設(shè)置一個(gè)user_key鍵，并且給這個(gè)鍵的值設(shè)置為 user_value，且這個(gè)鍵的存活時(shí)間為100ms

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為什么這個(gè)命令可以幫我們實(shí)現(xiàn)鎖機(jī)制呢？

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因?yàn)檫@個(gè)命令是只有在某個(gè)key不存在的時(shí)候，才會(huì)執(zhí)行成功。那么當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)并發(fā)的去設(shè)置同一個(gè)key的時(shí)候，就永遠(yuǎn)只會(huì)有一個(gè)進(jìn)程成功。

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當(dāng)某個(gè)進(jìn)程設(shè)置成功之后，就可以去執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯了，等業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行完畢之后，再去進(jìn)行解鎖。

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解鎖很簡(jiǎn)單，只需要?jiǎng)h除這個(gè)key就可以了，不過刪除之前需要判斷，這個(gè)key對(duì)應(yīng)的value是當(dāng)初自己設(shè)置的那個(gè)。

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另外，針對(duì)redis集群模式的分布式鎖，可以采用redis的Redlock機(jī)制。

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基于ZooKeeper實(shí)現(xiàn)

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其實(shí)基于ZooKeeper，就是使用它的臨時(shí)有序節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的分布式鎖。

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原理就是：當(dāng)某客戶端要進(jìn)行邏輯的加鎖時(shí)，就在zookeeper上的某個(gè)指定節(jié)點(diǎn)的目錄下，去生成一個(gè)唯一的臨時(shí)有序節(jié)點(diǎn)， 然后判斷自己是否是這些有序節(jié)點(diǎn)中序號(hào)最小的一個(gè)，如果是，則算是獲取了鎖。如果不是，則說明沒有獲取到鎖，那么就需要在序列中找到比自己小的那個(gè)節(jié)點(diǎn)，并對(duì)其調(diào)用exist()方法，對(duì)其注冊(cè)事件監(jiān)聽，當(dāng)監(jiān)聽到這個(gè)節(jié)點(diǎn)被刪除了，那就再去判斷一次自己當(dāng)初創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)是否變成了序列中最小的。如果是，則獲取鎖，如果不是，則重復(fù)上述步驟。

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當(dāng)釋放鎖的時(shí)候，只需將這個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)刪除即可。

如圖，locker是一個(gè)持久節(jié)點(diǎn)，node_1/node_2/…/node_n 就是上面說的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，由客戶端client去創(chuàng)建的。

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client_1/client_2/…/clien_n 都是想去獲取鎖的客戶端。以client_1為例，它想去獲取分布式鎖，則需要跑到locker下面去創(chuàng)建臨時(shí)節(jié)點(diǎn)（假如是node_1）創(chuàng)建完畢后，看一下自己的節(jié)點(diǎn)序號(hào)是否是locker下面最小的，如果是，則獲取了鎖。如果不是，則去找到比自己小的那個(gè)節(jié)點(diǎn)（假如是node_2），找到后，就監(jiān)聽node_2，直到node_2被刪除，那么就開始再次判斷自己的node_1是不是序列中最小的，如果是，則獲取鎖，如果還不是，則繼續(xù)找一下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

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以上，就講完了為什么我們需要分布式鎖這個(gè)技術(shù)，以及分布式鎖中常見的三種機(jī)制。