如何理解分布式锁？

分布式锁的实现有哪些？

1.Memcached分布式锁

利用Memcached的add命令。此命令是原子操作，只有在key不存在的情况下，才能add成功，也就意味着线程得到了锁。

2.Reids分布式锁

和Memcached的方式类似，利用Redis的setnx命令。此命令同样是原子性操作，只有在key不存在的情况下，才能set成功。（setnx命令并不完善，有替代方案）

3.Zookeeper分布式锁

利用Zookeeper的顺序临时节点，来实现分布式锁和等待队列。Zookeeper设计的初衷，就是为了实现分布式锁服务的。

4.Chubby

Google公司实现的粗粒度分布式锁服务，底层利用了Paxos一致性算法。

如何用Redis实现分布式锁？（以Redis为例）

分布式锁实现的三个核心要素：

1.加锁

最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的唯一标识，按业务来决定命名。比如想要给一种商品的秒杀活动加锁，可以给key命名为“lock_sale_商品ID”。而value设置成什么呢？我们先设置为1。加锁的伪代码如下：

setnx(key,1)
1

当一个线程执行setnx返回1，说明key原本不存在，该线程成功得到了锁；当一个线程执行setnx返回0，说明key已经存在，该线程抢锁失败。

2.解锁

有加锁就有解锁。当得到锁的线程执行完任务，需要释放锁，以便其他线程进入。释放锁的最简单方式是执行del指令，伪代码如下：

del(key)
1

释放锁之后，其他线程就可以继续执行setnx命令来获得锁。

3.锁超时

如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉，来不及显式地释放锁，这块资源将会永远被锁住，别的线程再也别想进来。

所以，setnx的key必须设置一个超时时间，以保证即使没有被显式释放，这把锁也要在一定的时间后自动释放。setnx不支持超时参数，所以需要额外的指令，伪代码如下：

expire(key,30)
1

综上所述，实现分布式锁的伪代码如下：

if(setnx(key,1) == 1){
    expire(key,30)
    try{
        do something...
    }finally{
        del(key)
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8

但是…这样会有其他问题吗？

上面的伪代码存在三个致命的问题：

1.setnx和expire的非原子性

设想一个极端场景，当某线程执行setnx，成功得到了锁：

setnx刚执行成功，还未来得及执行expire指令，节点1Duang的一声挂掉了

这样一来，这把锁就没有设置过期时间，变得“长生不老”，别的线程再也无法获得锁了。

如何解决？setnx指令本身是不支持传入超时时间的，幸好Redis2.6.12以上版本为set指令增加了可选参数，伪代码如下：

set(key,1,30,NX)
1

这样就可以取代setnx指令

2.del导致误删

又一个极端场景，假如某线程成功得到了锁，并且设置的超时时间是30秒。

如果某些原因导致线程B执行的很慢很慢，过了30秒都没执行完，这时候锁过期自动释放，线程B得到了锁。

随后，线程A执行完了任务，线程A接着执行del指令来释放锁。但这时候线程B还没执行完，线程A实际上删除的是线程B加的锁。

如何避免这种情况呢？可以在del释放锁之前做一个判断，验证当前的锁是不是自己加的锁。

具体的实现，可以在加锁的时候把当前线程ID当做value，并在删除之前验证key的value是不是自己线程的ID。

加锁：

String threadId = Thread.currentThread().getId()
set(key,threadId,30,NX)
1
2

解锁：

if(threadId.equals(redisClient.get(key))){
    del(key)
}
1
2
3

但是这样做又隐含了一个新的问题，判断和释放锁是两个独立操作，不是原子性。

所以这块可以用Lua脚本来实现：

String luaScript = 'if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return
 redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end';
 
redisClient.eval(luaScript,Collections.singletonList(key),Collections.singltonList(threadId));
1
2
3
4

这样一来，验证和删除过程就是原子操作了。

3.出现并发的可能性

第二点的场景中，虽然我们避免了线程A误删掉key的情况，但是同一时间有A、B两个线程在访问代码块，仍然不完美。

如何解决呢？我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程，用来给快过期的锁“续航”。

当过去了29秒，线程A还没有执行完，这时候守护线程会执行expire指令，为这把锁“续命”20秒，守护线程从第29秒开始，每20秒执行一次。

当线程A执行完任务，会显式关掉守护线程。

另一种情况，如果节点1忽然断电，由于线程A和守护线程在同一个进程，守护线程也会停下。这把锁到了超时的时候，没人给它续命，也就自动释放了。