前言

近來，分佈式的問題被普遍說起，好比分佈式事務、分佈式框架、ZooKeeper、SpringCloud等等。本文先回顧鎖的概念，再介紹分佈式鎖，以及如何用Redis來實現分佈式鎖。面試

1、鎖的基本瞭解

首先，回顧一下咱們工做學習中的鎖的概念。數據庫

爲何要先講鎖再講分佈式鎖呢？

咱們都清楚，鎖的做用是要解決多線程對共享資源的訪問而產生的線程安全問題，而在平時生活中用到鎖的狀況其實並很少，可能有些朋友對鎖的概念和一些基本的使用不是很清楚，因此咱們先看鎖，再深刻介紹分佈式鎖。緩存

Redis分佈式鎖面試題答案地址：Redis分佈式面試題安全

經過一個賣票的小案例來看，好比你們去搶dota2 ti9門票，若是不加鎖的話會出現什麼問題？此時代碼以下：性能優化

**代碼分析：**這裏有8張ti9門票，設置了10個線程（也就是模擬10我的）去併發搶票，若是搶成功了顯示成功，搶失敗的話顯示失敗。按理說應該有8我的搶成功了，2我的搶失敗，下面來看運行結果：多線程

咱們發現運行結果和預期的狀況不一致，竟然10我的都買到了票，也就是說出現了線程安全的問題，那麼是什麼緣由致使的呢？併發

緣由就是多個線程之間產生了時間差。框架

如圖所示，只剩一張票了，可是兩個線程都讀到的票餘量是1，也就是說線程B尚未等到線程A改庫存就已經搶票成功了。分佈式

怎麼解決呢？想必你們都知道，加個synchronized關鍵字就能夠了，在一個線程進行reduce方法的時候，其餘線程則阻塞在等待隊列中，這樣就不會發生多個線程對共享變量的競爭問題。函數

舉個例子

好比咱們去健身房健身，若是好多人同時用一臺機器，同時在一臺跑步機上跑步，就會發生很大的問題，你們會打得不可開交。若是咱們加一把鎖在健身房門口，只有拿到鎖的鑰匙的人才能夠進去鍛鍊，其餘人在門外等候，這樣就能夠避免你們對健身器材的競爭。代碼以下：

運行結果：

果不其然，結果有兩我的沒有成功搶到票，看來咱們的目地達成了。

2、鎖的性能優化

2.1 縮短鎖的持有時間

事實上，按照咱們對平常生活的理解，不可能整個健身房只有一我的在運動。因此咱們只須要對某一臺機器加鎖就能夠了，好比一我的在跑步，另外一我的能夠去作其餘的運動。

對於票務系統來講，咱們只須要對庫存的修改操做的代碼加鎖就能夠了，別的代碼仍是能夠並行進行，這樣會大大減小鎖的持有時間，代碼修改以下：

這樣作的目的是充分利用cpu的資源，提升代碼的執行效率。

這裏咱們對兩種方式的時間作個打印：

果真，只對部分代碼加鎖會大大提供代碼的執行效率。

因此，在解決了線程安全的問題後，咱們還要考慮到加鎖以後的代碼執行效率問題。

2.2 減小鎖的粒度

舉個例子，有兩場電影，分別是最近剛上映的魔童哪吒和蜘蛛俠，咱們模擬一個支付購買的過程，讓方法等待，加了一個CountDownLatch的await方法，運行結果以下：

執行結果：

魔童哪吒的剩餘票數爲：20

咱們發現買哪吒票的時候阻塞會影響蜘蛛俠票的購買，而實際上，這兩場電影之間是相互獨立的，因此咱們須要減小鎖的粒度，將movie整個對象的鎖變爲兩個全局變量的鎖，修改代碼以下：

執行結果：

魔童哪吒的剩餘票數爲：20

蜘蛛俠的剩餘票數爲：100

如今兩場電影的購票不會互相影響了，這就是第二個優化鎖的方式：減小鎖的粒度。順便提一句，Java併發包裏的ConcurrentHashMap就是把一把大鎖變成了16把小鎖，經過分段鎖的方式達到高效的併發安全。

2.3 鎖分離

鎖分離就是常說的讀寫分離，咱們把鎖分紅讀鎖和寫鎖，讀的鎖不須要阻塞，而寫的鎖要考慮併發問題。

3、鎖的種類

公平鎖： ReentrantLock
非公平鎖： Synchronized、ReentrantLock、cas
悲觀鎖： Synchronized
樂觀鎖：cas
獨享鎖：Synchronized、ReentrantLock
共享鎖：Semaphore

這裏就不一一講述每一種鎖的概念了，你們能夠本身學習，鎖還能夠按照偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖來分類。

4、Redis分佈式鎖

瞭解了鎖的基本概念和鎖的優化後，重點介紹分佈式鎖的概念。

上圖所示是咱們搭建的分佈式環境，有三個購票項目，對應一個庫存，每個系統會有多個線程，和上文同樣，對庫存的修改操做加上鎖，能不能保證這6個線程的線程安全呢？

固然是不能的，由於每個購票系統都有各自的JVM進程，互相獨立，因此加synchronized只能保證一個系統的線程安全，並不能保證分佈式的線程安全。

因此須要對於三個系統都是公共的一箇中間件來解決這個問題。

這裏咱們選擇Redis來做爲分佈式鎖，多個系統在Redis中set同一個key，只有key不存在的時候，才能設置成功，而且該key會對應其中一個系統的惟一標識，當該系統訪問資源結束後，將key刪除，則達到了釋放鎖的目的。

4.1 分佈式鎖須要注意哪些點

1）互斥性

在任意時刻只有一個客戶端能夠獲取鎖。

這個很容易理解，全部的系統中只能有一個系統持有鎖。

2）防死鎖

假如一個客戶端在持有鎖的時候崩潰了，沒有釋放鎖，那麼別的客戶端沒法得到鎖，則會形成死鎖，因此要保證客戶端必定會釋放鎖。

Redis中咱們能夠設置鎖的過時時間來保證不會發生死鎖。

3）持鎖人解鎖

解鈴還須繫鈴人，加鎖和解鎖必須是同一個客戶端，客戶端A的線程加的鎖必須是客戶端A的線程來解鎖，客戶端不能解開別的客戶端的鎖。

4）可重入

當一個客戶端獲取對象鎖以後，這個客戶端能夠再次獲取這個對象上的鎖。

4.2 Redis分佈式鎖流程

Redis分佈式鎖的具體流程：

1）首先利用Redis緩存的性質在Redis中設置一個key-value形式的鍵值對，key就是鎖的名稱，而後客戶端的多個線程去競爭鎖，競爭成功的話將value設爲客戶端的惟一標識。Java學習圈子:14 201 9 080

2）競爭到鎖的客戶端要作兩件事：

設置鎖的有效時間目的是防死鎖（很是關鍵）

須要根據業務須要，不斷的壓力測試來決定有效期的長短。

分配客戶端的惟一標識，目的是保證持鎖人解鎖（很是重要）

因此這裏的value就設置成惟一標識(好比uuid)。

3）訪問共享資源

4）釋放鎖，釋放鎖有兩種方式，第一種是有效期結束後自動釋放鎖，第二種是先根據惟一標識判斷本身是否有釋放鎖的權限，若是標識正確則釋放鎖。

4.3 加鎖和解鎖

4.3.1 加鎖

1）setnx命令加鎖

set if not exists 咱們會用到Redis的命令setnx，setnx的含義就是隻有鎖不存在的狀況下才會設置成功。

2）設置鎖的有效時間，防止死鎖 expire

加鎖須要兩步操做，思考一下會有什麼問題嗎？

假如咱們加鎖完以後客戶端忽然掛了呢？那麼這個鎖就會成爲一個沒有有效期的鎖，接着就可能發生死鎖。雖然這種狀況發生的機率很小，可是一旦出現問題會很嚴重，因此咱們也要把這兩步合爲一步。

幸運的是，Redis3.0已經把這兩個指令合在一塊兒成爲一個新的指令。

來看jedis的官方文檔中的源碼：

這就是咱們想要的！

4.3.2 解鎖

檢查是否本身持有鎖（判斷惟一標識）；
刪除鎖。

解鎖也是兩步，一樣也要保證解鎖的原子性，把兩步合爲一步。

這就沒法藉助於Redis了，只能依靠Lua腳原本實現。

這就是一段判斷是否本身持有鎖並釋放鎖的Lua腳本。

爲何Lua腳本是原子性呢？由於Lua腳本是jedis用eval()函數執行的，若是執行則會所有執行完成。

5、Redis分佈式鎖代碼實現

用一個上下文全局變量來記錄持有鎖的人的uuid，解鎖的時候須要將該uuid做爲參數傳入Lua腳本中，來判斷是否能夠解鎖。
要記錄當前線程，來實現分佈式鎖的重入性，若是是當前線程持有鎖的話，也屬於加鎖成功。
用eval函數來執行Lua腳本，保證解鎖時的原子性。

6、分佈式鎖的對比

6.1 基於數據庫的分佈式鎖

1）實現方式

獲取鎖的時候插入一條數據，解鎖時刪除數據。

2）缺點

數據庫若是掛掉會致使業務系統不可用。
沒法設置過時時間，會形成死鎖。

6.2 基於zookeeper的分佈式鎖