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？

悠悠 2023-06-06 10:54 15阅读 0赞

## 面试题 ##

## 面试官心理分析 ##

其实一般问问题，都是这么问的，先问问你 zk，然后其实是要过渡到 zk 相关的一些问题里去，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。

## 面试题剖析 ##

### 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（只要大部分 redis 节点创建了这把锁就可以）

redis 最普通的分布式锁

第一个最普通的实现方式，就是在 redis 里使用 `setnx` 命令创建一个 key，这样就算加锁。

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

执行这个命令就 ok。

*  `NX`：表示只有 `key` 不存在的时候才会设置成功。（如果此时 redis 中存在这个 key，那么设置失败，返回 `nil`）
 *  `PX 30000`：意思是 30s 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：

-- 删除锁的时候，找到 key 对应的 value，跟自己传过去的 value 做比较，如果是一样的才删除。
    if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
        return redis.call("del",KEYS[1])
    else
        return 0
    end

为啥要用 `random_value` 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，比如说超过了 30s，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 就没有了），key 还没同步到从节点，此时从节点切换为主节点，别人就可以 set key，从而拿到锁。

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，那么就依次之前建立过的锁删除；
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**。

[![redis-redlock][]][redis-redlock 1]

[Redis 官方][Redis]给出了以上两种基于 Redis 实现分布式锁的方法，详细说明可以查看：[https://redis.io/topics/distlock][https_redis.io_topics_distlock] 。

### 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加锁。

/**
     * ZooKeeperSession
     * 
     * @author bingo
     * @since 2018/11/29
     *
     */
    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 {
                        // 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
                        Stat stat = zk.exists(path, true);
    
                        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 ee) {
                        continue;
                    }
                }
    
            }
            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 bingo
         * @since 2018/11/29
         *
         */
        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 bingo
         * @since 2018/11/29
         *
         */
        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();
        }
    
    }

也可以采用另一种方式，创建临时顺序节点：

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。

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);
            }
        }
    }

### 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 出现 bug 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 分布式锁大家没发现好麻烦吗？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。

[redis-redlock]: /images/20230601/41c7d7e0051743b59ace9d5cd89fc612.png
[redis-redlock 1]: https://github.com/shishan100/Java-Interview-Advanced/blob/master/images/redis-redlock.png
[Redis]: https://redis.io/
[https_redis.io_topics_distlock]: https://redis.io/topics/distlock