分布式锁的三种实现方式

分布式锁大有用途，比如用在减库存操作、流水号生成，分布式计数器等。分布式锁服务在大家的项目中或许用的不多，因为大家都把排他放在数据库那一层来挡。当大量的行锁、表锁、事务充斥着数据库的时候。一般web应用很多的瓶颈都在数据库上，这里给大家介绍的是减轻数据库锁负担的方案--分布式锁服务。本文介绍分布式锁常用的三种实现方式。

一、zookeeper

1、实现原理：

基于zookeeper瞬时有序节点实现的分布式锁，其主要逻辑如下（该图来自于IBM网站）。大致思想即为：每个客户端对某个功能加锁时，在zookeeper上的与该功能对应的指定节点的目录下，生成一个唯一的瞬时有序节点。判断是否获取锁的方式很简单，只需要判断有序节点中序号最小的一个。当释放锁的时候，只需将这个瞬时节点删除即可。同时，其可以避免服务宕机导致的锁无法释放，而产生的死锁问题。

2、优点

锁安全性高，zk可持久化

3、缺点

性能开销比较高。因为其需要动态产生、销毁瞬时节点来实现锁功能。

4、实现

可以直接采用zookeeper第三方库curator即可方便地实现分布式锁。以下为基于curator实现的zk分布式锁核心代码：

Java代码  
@Override  
public boolean tryLock(LockInfo info) {  
    InterProcessMutex mutex = getMutex(info);  
    int tryTimes = info.getTryTimes();  
    long tryInterval = info.getTryInterval();  
    boolean flag = true;// 代表是否需要重试  
    while (flag && --tryTimes >= 0) {  
        try {  
            if (mutex.acquire(info.getWaitLockTime(), TimeUnit.MILLISECONDS)) {  
                LOGGER.info(LogConstant.DST_LOCK + "acquire lock successfully!");  
                flag = false;  
                break;  
            }  
        } catch (Exception e) {  
            LOGGER.error(LogConstant.DST_LOCK + "acquire lock error!", e);  
        } finally {  
            checkAndRetry(flag, tryInterval, tryTimes);  
        }  
    }  
    return !flag;// 最后还需要重试，说明没拿到锁  
}  

Java代码  
@Override  
public boolean releaseLock(LockInfo info) {  
    InterProcessMutex mutex = getMutex(info);  
    int tryTimes = info.getTryTimes();  
    long tryInterval = info.getTryInterval();  
    boolean flag = true;// 代表是否需要重试  
    while (flag && --tryTimes >= 0) {  
        try {  
            mutex.release();  
            LOGGER.info(LogConstant.DST_LOCK + "release lock successfully!");  
            flag = false;  
            break;  
        } catch (Exception e) {  
            LOGGER.error(LogConstant.DST_LOCK + "release lock error!", e);  
        } finally {  
            checkAndRetry(flag, tryInterval, tryTimes);  
        }  
    }  
    return !flag;// 最后还需要重试，说明没拿到锁  
}  

Java代码  
/** 
     * 获取锁。此处需要加同步，concurrentHashmap无法避免此处的同步问题 
     * @param info 锁信息 
     * @return 锁实例 
     */  
    private synchronized InterProcessMutex getMutex(LockInfo info) {  
        InterProcessReadWriteLock lock = null;  
        if (locksCache.get(info.getLock()) != null) {  
            lock = locksCache.get(info.getLock());  
        } else {  
            lock = new InterProcessReadWriteLock(client, BASE_DIR + info.getLock());  
            locksCache.put(info.getLock(), lock);  
        }  
        InterProcessMutex mutex = null;  
        switch (info.getIsolate()) {  
        case READ:  
            mutex = lock.readLock();  
            break;  
        case WRITE:  
            mutex = lock.writeLock();  
            break;  
        default:  
            throw new IllegalArgumentException();  
        }  
        return mutex;  
    }  

Java代码  
/** 
 * 判断是否需要重试 
 * @param flag 是否需要重试标志 
 * @param tryInterval 重试间隔 
 * @param tryTimes 重试次数 
 */  
private void checkAndRetry(boolean flag, long tryInterval, int tryTimes) {  
    try {  
        if (flag) {  
            Thread.sleep(tryInterval);  
            LOGGER.info(LogConstant.DST_LOCK + "retry getting lock! now retry time left: " + tryTimes);  
        }  
    } catch (InterruptedException e) {  
        LOGGER.error(LogConstant.DST_LOCK + "retry interval thread interruptted!", e);  
    }  
}  

二、memcached分布式锁

1、实现原理：

memcached带有add函数，利用add函数的特性即可实现分布式锁。add和set的区别在于：如果多线程并发set，则每个set都会成功，但最后存储的值以最后的set的线程为准。而add的话则相反，add会添加第一个到达的值，并返回true，后续的添加则都会返回false。利用该点即可很轻松地实现分布式锁。

2、优点

并发高效。

3、缺点

（1）memcached采用列入LRU置换策略，所以如果内存不够，可能导致缓存中的锁信息丢失。

（2）memcached无法持久化，一旦重启，将导致信息丢失。

三、redis分布式锁

redis分布式锁即可以结合zk分布式锁锁高度安全和memcached并发场景下效率很好的优点，可以利用jedis客户端实现。

/**
 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
 * @version <b>1.0.0</b>
 */
public class RedisBillLockHandler implements IBatchBillLockHandler {

	private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(RedisBillLockHandler.class);

	private static final int DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME = 3;
	
	private static final int DEFAULT_BATCH_EXPIRE_TIME = 6;

	private final JedisPool jedisPool;
	
	/**
	 * 构造
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 */
	public RedisBillLockHandler(JedisPool jedisPool) {
		this.jedisPool = jedisPool;
	}

	/**
	 * 获取锁  如果锁可用   立即返回true，  否则返回false
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param billIdentify
	 * @return
	 */
	public boolean tryLock(IBillIdentify billIdentify) {
		return tryLock(billIdentify, 0L, null);
	}

	/**
	 * 锁在给定的等待时间内空闲，则获取锁成功 返回true， 否则返回false
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param billIdentify
	 * @param timeout
	 * @param unit
	 * @return
	 */
	public boolean tryLock(IBillIdentify billIdentify, long timeout, TimeUnit unit) {
		String key = (String) billIdentify.uniqueIdentify();
		Jedis jedis = null;
		try {
			jedis = getResource();
			long nano = System.nanoTime();
			do {
				LOGGER.debug("try lock key: " + key);
				Long i = jedis.setnx(key, key);
				if (i == 1) { 
					jedis.expire(key, DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME);
					LOGGER.debug("get lock, key: " + key + " , expire in " + DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME + " seconds.");
					return Boolean.TRUE;
				} else { // 存在锁
					if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
						String desc = jedis.get(key);
						LOGGER.debug("key: " + key + " locked by another business：" + desc);
					}
				}
				if (timeout == 0) {
					break;
				}
				Thread.sleep(300);
			} while ((System.nanoTime() - nano) < unit.toNanos(timeout));
			return Boolean.FALSE;
		} catch (JedisConnectionException je) {
			LOGGER.error(je.getMessage(), je);
			returnBrokenResource(jedis);
		} catch (Exception e) {
			LOGGER.error(e.getMessage(), e);
		} finally {
			returnResource(jedis);
		}
		return Boolean.FALSE;
	}

	/**
	 * 如果锁空闲立即返回   获取失败 一直等待
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param billIdentify
	 */
	public void lock(IBillIdentify billIdentify) {
		String key = (String) billIdentify.uniqueIdentify();
		Jedis jedis = null;
		try {
			jedis = getResource();
			do {
				LOGGER.debug("lock key: " + key);
				Long i = jedis.setnx(key, key);
				if (i == 1) { 
					jedis.expire(key, DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME);
					LOGGER.debug("get lock, key: " + key + " , expire in " + DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME + " seconds.");
					return;
				} else {
					if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
						String desc = jedis.get(key);
						LOGGER.debug("key: " + key + " locked by another business：" + desc);
					}
				}
				Thread.sleep(300); 
			} while (true);
		} catch (JedisConnectionException je) {
			LOGGER.error(je.getMessage(), je);
			returnBrokenResource(jedis);
		} catch (Exception e) {
			LOGGER.error(e.getMessage(), e);
		} finally {
			returnResource(jedis);
		}
	}

	/**
	 * 释放锁
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param billIdentify
	 */
	public void unLock(IBillIdentify billIdentify) {
		List<IBillIdentify> list = new ArrayList<IBillIdentify>();
		list.add(billIdentify);
		unLock(list);
	}

	/**
	 * 批量获取锁  如果全部获取   立即返回true, 部分获取失败 返回false
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @date 2013-7-22 下午10:27:44
	 * @param billIdentifyList
	 * @return
	 */
	public boolean tryLock(List<IBillIdentify> billIdentifyList) {
		return tryLock(billIdentifyList, 0L, null);
	}
	
	/**
	 * 锁在给定的等待时间内空闲，则获取锁成功 返回true， 否则返回false
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param billIdentifyList
	 * @param timeout
	 * @param unit
	 * @return
	 */
	public boolean tryLock(List<IBillIdentify> billIdentifyList, long timeout, TimeUnit unit) {
		Jedis jedis = null;
		try {
			List<String> needLocking = new CopyOnWriteArrayList<String>();	
			List<String> locked = new CopyOnWriteArrayList<String>();	
			jedis = getResource();
			long nano = System.nanoTime();
			do {
				// 构建pipeline，批量提交
				Pipeline pipeline = jedis.pipelined();
				for (IBillIdentify identify : billIdentifyList) {
					String key = (String) identify.uniqueIdentify();
					needLocking.add(key);
					pipeline.setnx(key, key);
				}
				LOGGER.debug("try lock keys: " + needLocking);
				// 提交redis执行计数
				List<Object> results = pipeline.syncAndReturnAll();
				for (int i = 0; i < results.size(); ++i) {
					Long result = (Long) results.get(i);
					String key = needLocking.get(i);
					if (result == 1) {	// setnx成功，获得锁
						jedis.expire(key, DEFAULT_BATCH_EXPIRE_TIME);
						locked.add(key);
					} 
				}
				needLocking.removeAll(locked);	// 已锁定资源去除
				
				if (CollectionUtils.isEmpty(needLocking)) {
					return true;
				} else {	
					// 部分资源未能锁住
					LOGGER.debug("keys: " + needLocking + " locked by another business：");
				}
				
				if (timeout == 0) {	
					break;
				}
				Thread.sleep(500);	
			} while ((System.nanoTime() - nano) < unit.toNanos(timeout));

			// 得不到锁，释放锁定的部分对象，并返回失败
			if (!CollectionUtils.isEmpty(locked)) {
				jedis.del(locked.toArray(new String[0]));
			}
			return false;
		} catch (JedisConnectionException je) {
			LOGGER.error(je.getMessage(), je);
			returnBrokenResource(jedis);
		} catch (Exception e) {
			LOGGER.error(e.getMessage(), e);
		} finally {
			returnResource(jedis);
		}
		return true;
	}

	/**
	 * 批量释放锁
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param billIdentifyList
	 */
	public void unLock(List<IBillIdentify> billIdentifyList) {
		List<String> keys = new CopyOnWriteArrayList<String>();
		for (IBillIdentify identify : billIdentifyList) {
			String key = (String) identify.uniqueIdentify();
			keys.add(key);
		}
		Jedis jedis = null;
		try {
			jedis = getResource();
			jedis.del(keys.toArray(new String[0]));
			LOGGER.debug("release lock, keys :" + keys);
		} catch (JedisConnectionException je) {
			LOGGER.error(je.getMessage(), je);
			returnBrokenResource(jedis);
		} catch (Exception e) {
			LOGGER.error(e.getMessage(), e);
		} finally {
			returnResource(jedis);
		}
	}
	
	/**
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @date 2013-7-22 下午9:33:45
	 * @return
	 */
	private Jedis getResource() {
		return jedisPool.getResource();
	}
	
	/**
	 * 销毁连接
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param jedis
	 */
	private void returnBrokenResource(Jedis jedis) {
		if (jedis == null) {
			return;
		}
		try {
			//容错
			jedisPool.returnBrokenResource(jedis);
		} catch (Exception e) {
			LOGGER.error(e.getMessage(), e);
		}
	}
	
	/**
	 * @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
	 * @param jedis
	 */
	private void returnResource(Jedis jedis) {
		if (jedis == null) {
			return;
		}
		try {
			jedisPool.returnResource(jedis);
		} catch (Exception e) {
			LOGGER.error(e.getMessage(), e);
		}
	}