38、分布式锁是啥？对比下redis和zk两种分布式锁的优劣？

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-03-30 06:48 239阅读 0赞

1、面试题

一般实现分布式锁都有哪些方式？使用redis如何设计分布式锁？使用zk来设计分布式锁可以吗？这两种分布式锁的实现方式哪种效率比较高？

2、面试官心里分析

其实一般问问题，都是这么问的，先问问你zk，然后其实是要过度的zk关联的一些问题里去，比如分布式锁。因为在分布式系统开发中，分布式锁的使用场景还是很常见的。

3、面试题剖析

（1）redis分布式锁

官方叫做RedLock算法，是redis官方支持的分布式锁算法。

这个分布式锁有3个重要的考量点，互斥（只能有一个客户端获取锁），不能死锁，容错（大部分redis节点或者这个锁就可以加可以释放）。

第一个最普通的实现方式，如果就是在redis里创建一个key算加锁。

SET my:lock 随机值 NX PX 30000，这个命令就ok，这个的NX的意思就是只有key不存在的时候才会设置成功，PX 30000的意思是30秒后锁自动释放。别人创建的时候如果发现已经有了就不能加锁了。

释放锁就是删除key，但是一般可以用lua脚本删除，判断value一样才删除：

关于redis如何执行lua脚本，自行百度

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
    else
        return 0
    end

为啥要用随机值呢？因为如果某个客户端获取到了锁，但是阻塞了很长时间才执行完，此时可能已经自动释放锁了，此时可能别的客户端已经获取到了这个锁，要是你这个时候直接删除key的话会有问题，所以得用随机值加上面的lua脚本来释放锁。

但是这样是肯定不行的。因为如果是普通的redis单实例，那就是单点故障。或者是redis普通主从，那redis主从异步复制，如果主节点挂了，key还没同步到从节点，此时从节点切换为主节点，别人就会拿到锁。

![924][]

redis最普通的分布式锁的实现原理.png

第二个问题，RedLock算法

这个场景是假设有一个redis cluster，有5个redis master实例。然后执行如下步骤获取一把锁：

1）获取当前时间戳，单位是毫秒；  
2）跟上面类似，轮流尝试在每个master节点上创建锁，过期时间较短，一般就几十毫秒；  
3）尝试在大多数节点上建立一个锁，比如5个节点就要求是3个节点（n / 2 +1）；  
4）客户端计算建立好锁的时间，如果建立锁的时间小于超时时间，就算建立成功了；  
5）要是锁建立失败了，那么就依次删除这个锁；  
6）只要别人建立了一把分布式锁，你就得不断轮询去尝试获取锁。

![619][]

RedLock算法.png

（2）zk分布式锁

zk分布式锁，其实可以做的比较简单，就是某个节点尝试创建临时znode，此时创建成功了就获取了这个锁；这个时候别的客户端来创建锁会失败，只能注册个监听器监听这个锁。释放锁就是删除这个znode，一旦释放掉就会通知客户端，然后有一个等待着的客户端就可以再次重新枷锁。

/**
     * ZooKeeperSession
     * @author Administrator
     *
     */
    public class ZooKeeperSession {
        
        private static CountDownLatch connectedSemaphore = new CountDownLatch(1);
        
        private ZooKeeper zookeeper;
    private CountDownLatch latch;
    
        public ZooKeeperSession() {
            try {
                this.zookeeper = new ZooKeeper(
                        "192.168.31.187:2181,192.168.31.19:2181,192.168.31.227:2181", 
                        50000, 
                        new ZooKeeperWatcher());            
                try {
                    connectedSemaphore.await();
                } catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                System.out.println("ZooKeeper session established......");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

/**
         * 获取分布式锁
         * @param productId
         */
        public Boolean acquireDistributedLock(Long productId) {
            String path = "/product-lock-" + productId;
        
            try {
                zookeeper.create(path, "".getBytes(), 
                        Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
    return true;
            } catch (Exception e) {
    while(true) {
                    try {
    Stat stat = zk.exists(path, true); // 相当于是给node注册一个监听器，去看看这个监听器是否存在
    if(stat != null) {
    this.latch = new CountDownLatch(1);
    this.latch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
    this.latch = null;
    }
    zookeeper.create(path, "".getBytes(), 
                            Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL);
    return true;
    } catch(Exception e) {
    continue;
    }
    }

// 很不优雅，我呢就是给大家来演示这么一个思路
    // 比较通用的，我们公司里我们自己封装的基于zookeeper的分布式锁，我们基于zookeeper的临时顺序节点去实现的，比较优雅的
            }
    return true;
        }

/**
         * 释放掉一个分布式锁
         * @param productId
         */
        public void releaseDistributedLock(Long productId) {
            String path = "/product-lock-" + productId;
            try {
                zookeeper.delete(path, -1); 
                System.out.println("release the lock for product[id=" + productId + "]......");  
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

/**
         * 建立zk session的watcher
         * @author Administrator
         *
         */
        private class ZooKeeperWatcher implements Watcher {
    
            public void process(WatchedEvent event) {
                System.out.println("Receive watched event: " + event.getState());
    
                if(KeeperState.SyncConnected == event.getState()) {
                    connectedSemaphore.countDown();
                } 
    
    if(this.latch != null) {  
    this.latch.countDown();  
    }
            }
            
        }

/**
         * 封装单例的静态内部类
         * @author Administrator
         *
         */
        private static class Singleton {
            
            private static ZooKeeperSession instance;
            
            static {
                instance = new ZooKeeperSession();
            }
            
            public static ZooKeeperSession getInstance() {
                return instance;
            }
            
        }

/**
         * 获取单例
         * @return
         */
        public static ZooKeeperSession getInstance() {
            return Singleton.getInstance();
        }

/**
         * 初始化单例的便捷方法
         */
        public static void init() {
            getInstance();
        }
        
    }

![920][]

zookeeper的分布式锁原理.png

（3）redis分布式锁和zk分布式锁的对比

redis分布式锁，其实需要自己不断去尝试获取锁，比较消耗性能；

zk分布式锁，获取不到锁，注册个监听器即可，不需要不断主动尝试获取锁，性能开销较小。

另外一点就是，如果是redis获取锁的那个客户端bug了或者挂了，那么只能等待超时时间之后才能释放锁；而zk的话，因为创建的是临时znode，只要客户端挂了，znode就没了，此时就自动释放锁。

redis分布式锁大家每发现好麻烦吗？遍历上锁，计算时间等等。zk的分布式锁语义清晰实现简单。

所以先不分析太多的东西，就说这两点，我个人实践认为zk的分布式锁比redis的分布式锁牢靠、而且模型简单易用。

public class ZooKeeperDistributedLock implements Watcher{
        
        private ZooKeeper zk;
        private String locksRoot= "/locks";
        private String productId;
        private String waitNode;
        private String lockNode;
        private CountDownLatch latch;
        private CountDownLatch connectedLatch = new CountDownLatch(1);
    private int sessionTimeout = 30000; 
    
        public ZooKeeperDistributedLock(String productId){
            this.productId = productId;
             try {
           String address = "192.168.31.187:2181,192.168.31.19:2181,192.168.31.227:2181";
                zk = new ZooKeeper(address, sessionTimeout, this);
                connectedLatch.await();
            } catch (IOException e) {
                throw new LockException(e);
            } catch (KeeperException e) {
                throw new LockException(e);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new LockException(e);
            }
        }
    
        public void process(WatchedEvent event) {
            if(event.getState()==KeeperState.SyncConnected){
                connectedLatch.countDown();
                return;
            }
    
            if(this.latch != null) {  
                this.latch.countDown(); 
            }
        }
    
        public void acquireDistributedLock() {   
            try {
                if(this.tryLock()){
                    return;
                }
                else{
                    waitForLock(waitNode, sessionTimeout);
                }
            } catch (KeeperException e) {
                throw new LockException(e);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new LockException(e);
            } 
    }
    
        public boolean tryLock() {
            try {
            // 传入进去的locksRoot + “/” + productId
            // 假设productId代表了一个商品id，比如说1
            // locksRoot = locks
            // /locks/10000000000，/locks/10000000001，/locks/10000000002
                lockNode = zk.create(locksRoot + "/" + productId, new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
       
                // 看看刚创建的节点是不是最小的节点
            // locks：10000000000，10000000001，10000000002
                List<String> locks = zk.getChildren(locksRoot, false);
                Collections.sort(locks);
        
                if(lockNode.equals(locksRoot+"/"+ locks.get(0))){
                    //如果是最小的节点,则表示取得锁
                    return true;
                }
        
                //如果不是最小的节点，找到比自己小1的节点
          int previousLockIndex = -1;
                for(int i = 0; i < locks.size(); i++) {
            if(lockNode.equals(locksRoot + “/” + locks.get(i))) {
                        previousLockIndex = i - 1;
                break;
            }
           }
           
           this.waitNode = locks.get(previousLockIndex);
            } catch (KeeperException e) {
                throw new LockException(e);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new LockException(e);
            }
            return false;
        }
         
        private boolean waitForLock(String waitNode, long waitTime) throws InterruptedException, KeeperException {
            Stat stat = zk.exists(locksRoot + "/" + waitNode, true);
            if(stat != null){
                this.latch = new CountDownLatch(1);
                this.latch.await(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);                 this.latch = null;
            }
            return true;
    }
    
        public void unlock() {
            try {
            // 删除/locks/10000000000节点
            // 删除/locks/10000000001节点
                System.out.println("unlock " + lockNode);
                zk.delete(lockNode,-1);
                lockNode = null;
                zk.close();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (KeeperException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    }
    
        public class LockException extends RuntimeException {
            private static final long serialVersionUID = 1L;
            public LockException(String e){
                super(e);
            }
            public LockException(Exception e){
                super(e);
            }
    }
    
    // 如果有一把锁，被多个人给竞争，此时多个人会排队，第一个拿到锁的人会执行，然后释放锁，后面的每个人都会去监听排在自己前面的那个人创建的node上，一旦某个人释放了锁，排在自己后面的人就会被zookeeper给通知，一旦被通知了之后，就ok了，自己就获取到了锁，就可以执行代码了
    
    }

文集：[https://www.jianshu.com/nb/32293473][https_www.jianshu.com_nb_32293473]

[924]: /images/20220330/33e3ac5c1b5b4685addaa4254a0a9054.png
[619]: /images/20220330/6ba9faa5c2ec41c499e8a7ba3ce91237.png
[920]: /images/20220330/0408529602b9420e88ca670095f74584.png
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