分布式前修课：MySQL实现分布式锁

前言

前面已经介绍了原理性的内容，如果原理看的不爽，想看点实际展示效果的话，那么它来了它来了，它带着代码走来啦:blush:

基于MySQL分布式锁实现原理及代码

工欲善其事必先利其器，在基于MySQL实现分布式锁之前，我们要先了解一点MySQL锁自身的相关内容

MySQL锁

我们知道： 锁是计算机协调多个进程或者线程并发访问同一资源的机制 ，而在数据库中，除了传统的机器资源的争用之外，存储下来的数据也属于供用户共享的资源，所以如何保证数据并发的一致性，有效性是每个数据库必须解决的问题。

除此之外，锁冲突也是影响数据库并发性能的主要因素，所以锁对于数据库而言就显得非常重要，也非常复杂。

而 存储引擎 是MySQL中非常重要的底层组件，主要用来处理不同类型的SQL操作，其中包括创建，读取，删除和修改操作。在MySQL中提供了不同类型的存储引擎，根据其不同的特性提供了不同的存储机制，索引和锁功能。

根据 show engines; 能够列出MySQL下支持的存储引擎

如果没有特殊指定，那么在 MySQL8.0 中会设置 InnoDB 为默认的存储引擎

在实际工作中，根据需求选择最多的两种存储引擎分别为：

• InnoDB
• MyISAM

所以我们主要针对这两种类型来介绍MySQL的锁

InnoDB

InnoDB 支持 多粒度锁定 ，可以支持 行锁 ，也可以支持 表锁 。如果没有升级锁粒度，那么默认情况下是以行锁来设计的。

关于行锁和表锁的介绍

• 行锁对指定数据进行加锁，锁定粒度最小，开销大，加锁慢，容易出现死锁问题，出现锁冲突的概率最小，并发性最高
• 表锁对整个表进行加锁，锁定粒度大，开销小，加锁快，不会出现死锁，出现锁冲突的概率最大，并发性最低

这里没法说明那种锁最好，只有合适不合适

在行级锁中，可以分为两种类型

• 共享锁
• 排他锁

共享锁

共享锁又称为 读锁 ，允许其他 事务 读取被锁定的对象，也可以在其上获取其他共享锁，但不能写入。

举个例子：

• 事务T在数据A拥有共享锁，那么当前事务T对数据A可以读，但是不能修改。而且事务T2同样可以对数据A拥有共享锁，这样相当于在数据A上分别存在不同事务的共享锁
• 数据A拥有了事务T的共享锁，那么就不能再拥有其他事务的排他锁

下面是关于共享锁的具体实现，关键代码: select .. from table lock in share mode

 -- 创建实例表
 create table tb_lock(
     id bigint primary key auto_increment,
     t_name varchar(20)
 ) engine=InnoDB;

开启两个窗口来测试

自动提交全部关闭，可以通过 select @@autocommit; 来查看

通过以上实验，我们总结:

• 共享锁基于行锁处理，不同事务可以在同一条数据上获取共享锁
• 如果多个事务在同一条数据上获取共享锁，当想要修改该条数据的时候，会出现阻塞状态。直到其他事务将锁释放，该能够继续修改

修改，删除，插入会默认对涉及到的数据加上排他锁

• 单纯的 select 操作不会有任何影响， select 不会加任何锁
• 执行 commit; 自动释放锁

排它锁

又叫 写锁 。只允许获取锁的事务对数据进行操作【更新，删除】，其他事务对相同数据集只能进行读取，不能有跟新或者删除操作。而且也不能在相同数据集获取到共享锁。

没错，就是这么霸道

在MySQL中，想要基于排它锁实现行级锁，就需要对表中索引列加锁，否则的话，排它锁就属于表级锁

下面一一来展示，关键代码： select .. from XX for update

首先是有索引列状态

通过以上实验，得到结论：

• 对索引列进行加锁的锁定级别为行级锁，如上所示，当其他事务想要对相同的数据再次加锁的时候，就会进行到阻塞状态。并且如果等待时间过长，会出现如下异常：

 Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

• 对不同行数据再次加排它锁，是没有任何问题的。
• 对已经上锁的相同数据做修改和删除操作不需要多说，因为InnoDB默认会对其加入排它锁

下面是无索引列状态

通过以上实验，得到结论：

• 对非索引列其中一条数据加入了排它锁后，在其他事务中对不同数据再次加入排它锁，进入了阻塞状态
• 说明当加锁列属于非索引时，InnoDB会对整个表进行上锁，进入到表级锁

接下来我们来看看 MyISAM 的方式

MyISAM

MyISAM属于表级锁，被用来防止任何其他 事务 访问表的锁。

其中表锁又分为两种形式

• 表共享读锁： READ
• 表独占写锁： WRITE

这里我们要注意：表级锁只能防止其他会话进行不适当的读取或写入。

• 持有 WRITE 锁的会话可以执行表级操作，比如 DELETE 或者 TRUNCATE
• 持有会话 READ 锁，不能够执行 DELETE 或者 TRUNCATE 操作

表共享读锁

不管是 READ 还是 WRITE ，都是通过 lock table 来获取表锁的，而 READ 锁拥有如下特性：

• 持有锁的会话可以读取表，但是不能进行写入操作
• 多个会话可以同时获取 READ 表的锁，而其他会话可以在不显式获取 READ 锁的情况下读取该表：也就是说直接通过 select 来操作

那么，接下来我们来看实际操作，关键代码： lock tables table_name read

 create table tb_lock_isam(
     id bigint primary key auto_increment,
     t_name varchar(20)
 ) engine=MyISAM;

开启两个窗口来进行操作

通过以上实战，验证以下结论：

• 在当前事务下，获取到读锁，直接查询锁定表是没有问题的，但是如果想要读取其他表下的数据，那么就会出现以下异常：因为其他表并没有LOCK在其中

 Table 'tb_lock' was not locked with LOCK TABLES

• 事务A获取到读锁之后，在其他事务中是可以正常读取的，并且也可以再次获取读锁。
• 在读锁中如果想要进行插入操作是不会成功的，出现以下异常：

 Table 'tb_lock_isam' was locked with a READ lock and can't be updated

• 当前表获取到读锁之后，在当前表没有释放读锁之前，再获取写锁会一直进入到阻塞状态。
• 可以通过非加锁方式来读取数据，但是要注意： 一定是在不同的事务下

表独占写锁

WRITE锁 的特性和 排它锁 的特性非常相似，都特别霸道：

WRITE

还是通过具体实战来进行演示效果，关键代码： lock tables table_name write

通过以上实战，验证以下结论：

WRITE锁
WRITE锁

  Table 'tb_index' was not locked with LOCK TABLES'

【注意】

MyISAM 在执行查询语句之前，会自动给涉及的所有表加读锁，在执行更新操作前，会自动给涉及的表加写锁，这个过程并不需要用户干预，因此用户一般不需要使用命令来显式加锁

分布式锁实现

既然已经了解到了MySQL锁相关内容，那么我们就来看看如何实现，首先我们需要创建一张数据表

当然，只需要初始化创建一次

 create table if not exists fud_distribute_lock(
     id bigint unsigned primary key auto_increment,
     biz varchar(50) comment '业务Key'
     unique(biz)
 ) engine=innodb;

在其中， biz 是为了区分不同的业务，也可以理解为 资源隔离 ，并且对 biz 设置唯一索引，也能够防止其锁级别变为表级锁

既然 for udpate 就是加锁成功，事务提交就自动释放锁，那么这个事情就非常好办了：

 // 省略了构造方法，需要传入DataSource和biz
 ​
 private static final String SELECT_SQL = 
     "SELECT * FROM fud_distribute_lock WHERE `biz` = ? for update";
 private static final String INSERT_SQL = 
     "INSERT INTO fud_distribute_lock(`biz`) values(?)";
 ​
 // 从构造方法中传入
 private final DataSource source;
 private Connection connection;
 ​
 public void lock() {
     PreparedStatement psmt = null;
     ResultSet rs = null;
 ​
     try {
         // while(true); 
         for (; ; ) {
             connection = this.source.getConnection();
             // 关闭自动提交事务
             connection.setAutoCommit(false);
             
             psmt = connection.prepareStatement(SELECT_SQL);
             psmt.setString(1, biz);
             rs = psmt.executeQuery();
             if (rs.next()) {
                 return;
             }
             connection.commit();
             close(connection, psmt, rs);
             // 如果没有相关查询，需要插入
             Connection updConnection = this.source.getConnection();
             PreparedStatement insertStatement = null;
             try {
                 insertStatement = updConnection.prepareStatement(INSERT_SQL);
                 insertStatement.setString(1, biz);
                 if (insertStatement.executeUpdate() == 1) {
                     LOGGER.info("创建锁记录成功");
                 }
             } catch (Exception e) {
                 LOGGER.error("创建锁记录异常：{}", e.getMessage());
             } finally {
                 close(insertStatement, updConnection);
             }
         }
     } catch (Exception e) {
         LOGGER.error("lock异常信息：{}", e.getMessage());
         throw new BusException(e);
     } finally {
         close(psmt, rs);
     }
 }
 ​
 public void unlock() {
     try {
         // 事务提交之后自动解锁
         connection.commit();
         close(connection);
     } catch (Exception e) {
         LOGGER.error("unlock异常信息：{}", e.getMessage());
         throw new BusException(e);
     }
 }
 ​
 public void close(AutoCloseable... closeables) {
     Arrays.stream(closeables).forEach(closeable -> {
         if (null != closeable) {
             try {
                 closeable.close();
             } catch (Exception e) {
                 LOGGER.error("close关闭异常：{}", e.getMessage());
             }
         }
     });
 }

难点：为什么需要for(;;)

如果一个请求是第一次进来的，比如 biz=order ，在这个表中是不会存储 order 这条记录，那么 select ...for update 就不会生效，所以就需要先将 order 插入到表记录中，也就是执行 insert 操作。

insert 执行成功之后，记录 select...for update ，这样获取锁才能生效

最后

基于MySQL的分布式锁在实际开发过程中很少使用，但是我们还是要有一个思路在。那么本节针对MySQL的分布式锁实现到这里就结束了，掌握了MySQL的基础锁，那么就会非常简单了。