從構建分佈式秒殺系統聊聊分佈式鎖

摘要： 前言 最近懶成一坨屎，學不動系列一波接一波，大多還都是底層原理相關的。上週末抽時間重讀了周志明大溼的 JVM 高效併發部分，每讀一遍都有不一樣的感悟。路漫漫，藉此，把前段時間搞着玩的秒殺案例中的分佈式鎖深刻了解一下。

前言

最近懶成一坨屎，學不動系列一波接一波，大多還都是底層原理相關的。上週末抽時間重讀了周志明大溼的 JVM 高效併發部分，每讀一遍都有不一樣的感悟。路漫漫，藉此，把前段時間搞着玩的秒殺案例中的分佈式鎖深刻了解一下。

案例介紹

在嘗試瞭解分佈式鎖以前，你們能夠想象一下，什麼場景下會使用分佈式鎖？

單機應用架構中，秒殺案例使用ReentrantLcok或者synchronized來達到秒殺商品互斥的目的。然而在分佈式系統中，會存在多臺機器並行去實現同一個功能。也就是說，在多進程中，若是還使用以上JDK提供的進程鎖，來併發訪問數據庫資源就可能會出現商品超賣的狀況。所以，須要咱們來實現本身的分佈式鎖。

實現一個分佈式鎖應該具有的特性：

▪ 高可用、高性能的獲取鎖與釋放鎖

▪ 在分佈式系統環境下，一個方法或者變量同一時間只能被一個線程操做

▪ 具有鎖失效機制，網絡中斷或宕機沒法釋放鎖時，鎖必須被刪除，防止死鎖

▪ 具有阻塞鎖特性，即沒有獲取到鎖，則繼續等待獲取鎖

▪ 具有非阻塞鎖特性，即沒有獲取到鎖，則直接返回獲取鎖失敗

▪ 具有可重入特性，一個線程中能夠屢次獲取同一把鎖，好比一個線程在執行一個帶鎖的方法，該方法中又調用了另外一個須要相同鎖的方法，則該線程能夠直接執行調用的方法，而無需從新得到鎖

在以前的秒殺案例中，咱們曾介紹過關於分佈式鎖幾種實現方式：

▪ 基於數據庫實現分佈式鎖

▪ 基於 Redis 實現分佈式鎖

▪ 基於 Zookeeper 實現分佈式鎖

前兩種對於分佈式生產環境來講並非特別推薦，高併發下數據庫鎖性能太差，Redis在鎖時間限制和緩存一致性存在必定問題。這裏咱們重點介紹一下 Zookeeper 如何實現分佈式鎖。

實現原理
ZooKeeper是一個分佈式的，開放源碼的分佈式應用程序協調服務，它內部是一個分層的文件系統目錄樹結構，規定同一個目錄下只能存在惟一文件名。

數據模型

▪ PERSISTENT 持久化節點，節點建立後，不會由於會話失效而消失

▪ EPHEMERAL 臨時節點， 客戶端session超時此類節點就會被自動刪除

▪ EPHEMERAL_SEQUENTIAL 臨時自動編號節點

▪ PERSISTENT_SEQUENTIAL 順序自動編號持久化節點，這種節點會根據當前已存在的節點數自動加 1

監視器（watcher）

當建立一個節點時，能夠註冊一個該節點的監視器，當節點狀態發生改變時，watch被觸發時，ZooKeeper將會向客戶端發送且僅發送一條通知，由於watch只能被觸發一次。

根據zookeeper的這些特性，咱們來看看如何利用這些特性來實現分佈式鎖：

▪ 建立一個鎖目錄lock

▪ 線程A獲取鎖會在lock目錄下，建立臨時順序節點

▪ 獲取鎖目錄下全部的子節點，而後獲取比本身小的兄弟節點，若是不存在，則說明當前線程順序號最小，得到鎖

▪ 線程B建立臨時節點並獲取全部兄弟節點，判斷本身不是最小節點，設置監聽(watcher)比本身次小的節點（只關注比本身次小的節點是爲了防止發生「羊羣效應」）

▪ 線程A處理完，刪除本身的節點，線程B監聽到變動事件，判斷本身是最小的節點，得到鎖

代碼分析
儘管ZooKeeper已經封裝好複雜易出錯的關鍵服務，將簡單易用的接口和性能高效、功能穩定的系統提供給用戶。可是若是讓一個普通開發者去手擼一個分佈式鎖仍是比較困難的，在秒殺案例中咱們直接使用 Apache 開源的curator 開實現 Zookeeper 分佈式鎖。

這裏咱們使用如下版本，截止目前最新版4.0.1：

首先，咱們看下InterProcessLock接口中的幾個方法：

獲取鎖：

Zookeeper獲取鎖實現：

釋放鎖：

測試案例

爲了更好的理解其原理和代碼分析中獲取鎖的過程，這裏咱們實現一個簡單的Demo：

這裏咱們開啓5個線程，每一個線程獲取鎖的最大等待時間爲5秒，爲了模擬具體業務場景，方法中設置4秒等待時間。開始執行main方法，經過ZooInspector監控/curator/lock下的節點以下圖：

對，沒錯，設置4秒的業務處理時長就是爲了觀察生成了幾個順序節點。果真如案例中所述，每一個線程都會生成一個節點而且仍是有序的。

觀察控制檯，咱們會發現只有兩個線程獲取鎖成功，另外三個線程超時獲取鎖失敗會自動刪除節點。線程執行完畢咱們刷新一下/curator/lock節點，發現剛纔建立的五個子節點已經不存在了。

小結

經過分析第三方開源工具實現的分佈式鎖方式，收穫仍是滿滿的。學習自己就是一個由淺入深的過程，從如何調用API，到理解其代碼邏輯實現，想要更深刻能夠去挖掘Zookeeper的核心算法ZAB協議。

最後爲了方便你們學習，總結了學習過程當中遇到的幾個關鍵詞：重入鎖、自旋鎖、有序節點、阻塞、非阻塞、監聽，但願對你們有所幫助。

本文做者：小柒2012

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