'分佈式鎖通俗解讀'

"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


分佈式鎖通俗解讀


一、常規鎖會造成什麼情況?

首先說一下我們為什麼要搞集群。

簡單理解就是,需求量(請求併發量)變大了,一個工人處理能力有限,那就多招一些工人來一起處理。

假設1千萬個請求平均分配到100臺服務器上,每個服務器接收10w的請求。這10w個請求並不是在同一秒中來的,可能是在1,2個小時內,可以聯想下我們三十晚上開紅包,等到10:20開始,有的人立馬開了,有的人等到12點才想起來。

那這樣的話,平均到每一秒上的請求也就不到1千個,這種壓力一般的服務器還是可以承受的。

  • 第一個用戶來分,請求到來後,需要在1億裡面給他分一部分錢,金額隨機,假設第一個人分到了100,那就要在這1億中減去100塊,剩下99999900塊~
  • 第二個用戶再來分,金額隨機,這次分200塊,那就需要在剩下的99999900塊中再減去200塊,剩下99999700塊。
  • 等到第10w個用戶來,一看還有1000w,那這1000w全成他的了。


等於是在每個服務器中去分1億,也就是10w個用戶分了一個億,最後總計有100個服務器,要分100億。

如果真這樣了,那分紅包的開發項目組,以及產品經理,可以GG了~

簡化結構圖如下:


"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


分佈式鎖通俗解讀


一、常規鎖會造成什麼情況?

首先說一下我們為什麼要搞集群。

簡單理解就是,需求量(請求併發量)變大了,一個工人處理能力有限,那就多招一些工人來一起處理。

假設1千萬個請求平均分配到100臺服務器上,每個服務器接收10w的請求。這10w個請求並不是在同一秒中來的,可能是在1,2個小時內,可以聯想下我們三十晚上開紅包,等到10:20開始,有的人立馬開了,有的人等到12點才想起來。

那這樣的話,平均到每一秒上的請求也就不到1千個,這種壓力一般的服務器還是可以承受的。

  • 第一個用戶來分,請求到來後,需要在1億裡面給他分一部分錢,金額隨機,假設第一個人分到了100,那就要在這1億中減去100塊,剩下99999900塊~
  • 第二個用戶再來分,金額隨機,這次分200塊,那就需要在剩下的99999900塊中再減去200塊,剩下99999700塊。
  • 等到第10w個用戶來,一看還有1000w,那這1000w全成他的了。


等於是在每個服務器中去分1億,也就是10w個用戶分了一個億,最後總計有100個服務器,要分100億。

如果真這樣了,那分紅包的開發項目組,以及產品經理,可以GG了~

簡化結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

二、分佈式鎖怎麼去處理?

那麼為了解決這個問題,讓1000萬用戶只分1億,而不是100億,這個時候分佈式鎖就派上用處了。

分佈式鎖可以把整個集群就當作是一個應用一樣去處理,那麼也就需要這個鎖獨立於每一個服務之外,而不是在服務裡面。

假設第一個服務器接收到用戶1的請求後,不能只在自己的應用中去判斷還有多少錢可以分了,而需要去外部請求專門負責管理這1億紅包的人(服務),問他:哎,我這裡要分100塊,給我100。

管理紅包的妹子(服務)一看,還有1個億,那好,給你100塊,然後剩下99999900塊。

第二個請求到來後,被服務器2獲取,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我這邊要分10塊,管理紅包的妹子先查了下還有99999900,那就說:好,給你10塊。那就剩下99999890塊。

等到第1000w個請求到來後,服務器100拿到請求,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我要100,妹子翻了翻白眼,對你說,就剩1塊了,愛要不要,那這個時候就只能給你1塊了(1塊也是錢啊,買根辣條還是可以的)。

這些請求編號1,2不代表執行的先後順序,正式的場景下,應該是100臺服務器每個服務器持有一個請求去訪問負責管理紅包的妹子(服務),那在管紅包的妹子那裡同時會接收到100個請求,這個時候就需要在負責紅包的妹子那裡加個鎖就可以了(拋繡球),你們100個服務器誰拿到鎖(搶到繡球),誰就進來和我談,我給你分,其他人就等著去吧。

簡化的結構圖如下:


"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


分佈式鎖通俗解讀


一、常規鎖會造成什麼情況?

首先說一下我們為什麼要搞集群。

簡單理解就是,需求量(請求併發量)變大了,一個工人處理能力有限,那就多招一些工人來一起處理。

假設1千萬個請求平均分配到100臺服務器上,每個服務器接收10w的請求。這10w個請求並不是在同一秒中來的,可能是在1,2個小時內,可以聯想下我們三十晚上開紅包,等到10:20開始,有的人立馬開了,有的人等到12點才想起來。

那這樣的話,平均到每一秒上的請求也就不到1千個,這種壓力一般的服務器還是可以承受的。

  • 第一個用戶來分,請求到來後,需要在1億裡面給他分一部分錢,金額隨機,假設第一個人分到了100,那就要在這1億中減去100塊,剩下99999900塊~
  • 第二個用戶再來分,金額隨機,這次分200塊,那就需要在剩下的99999900塊中再減去200塊,剩下99999700塊。
  • 等到第10w個用戶來,一看還有1000w,那這1000w全成他的了。


等於是在每個服務器中去分1億,也就是10w個用戶分了一個億,最後總計有100個服務器,要分100億。

如果真這樣了,那分紅包的開發項目組,以及產品經理,可以GG了~

簡化結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

二、分佈式鎖怎麼去處理?

那麼為了解決這個問題,讓1000萬用戶只分1億,而不是100億,這個時候分佈式鎖就派上用處了。

分佈式鎖可以把整個集群就當作是一個應用一樣去處理,那麼也就需要這個鎖獨立於每一個服務之外,而不是在服務裡面。

假設第一個服務器接收到用戶1的請求後,不能只在自己的應用中去判斷還有多少錢可以分了,而需要去外部請求專門負責管理這1億紅包的人(服務),問他:哎,我這裡要分100塊,給我100。

管理紅包的妹子(服務)一看,還有1個億,那好,給你100塊,然後剩下99999900塊。

第二個請求到來後,被服務器2獲取,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我這邊要分10塊,管理紅包的妹子先查了下還有99999900,那就說:好,給你10塊。那就剩下99999890塊。

等到第1000w個請求到來後,服務器100拿到請求,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我要100,妹子翻了翻白眼,對你說,就剩1塊了,愛要不要,那這個時候就只能給你1塊了(1塊也是錢啊,買根辣條還是可以的)。

這些請求編號1,2不代表執行的先後順序,正式的場景下,應該是100臺服務器每個服務器持有一個請求去訪問負責管理紅包的妹子(服務),那在管紅包的妹子那裡同時會接收到100個請求,這個時候就需要在負責紅包的妹子那裡加個鎖就可以了(拋繡球),你們100個服務器誰拿到鎖(搶到繡球),誰就進來和我談,我給你分,其他人就等著去吧。

簡化的結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

三、分佈式鎖的實現有哪些?

說到分佈式鎖的實現,還是有很多的,有數據庫方式的,有Redis分佈式鎖,有Zookeeper分佈式鎖等等。

我們如果採用Redis作為分佈式鎖,那麼上圖中負“責紅包的妹子(服務)”,就可以替換成Redis,請自行腦補。

1、為什麼Redis可以實現分佈式鎖?

首先Redis是單線程的,這裡的單線程指的是網絡請求模塊使用了一個線程(所以不需考慮併發安全性),即一個線程處理所有網絡請求,其他模塊仍用了多個線程。

在實際的操作中過程大致是這樣子的:

服務器1要去訪問發紅包的妹子,也就是Redis,那麼他會在Redis中通過"setnx key value" 操作設置一個key進去,value是啥不重要,重要的是要有一個key,也就是一個標記,而且這個key你愛叫啥叫啥,只要所有的服務器設置的key相同就可以。

假設我們設置一個,如下圖:


"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


分佈式鎖通俗解讀


一、常規鎖會造成什麼情況?

首先說一下我們為什麼要搞集群。

簡單理解就是,需求量(請求併發量)變大了,一個工人處理能力有限,那就多招一些工人來一起處理。

假設1千萬個請求平均分配到100臺服務器上,每個服務器接收10w的請求。這10w個請求並不是在同一秒中來的,可能是在1,2個小時內,可以聯想下我們三十晚上開紅包,等到10:20開始,有的人立馬開了,有的人等到12點才想起來。

那這樣的話,平均到每一秒上的請求也就不到1千個,這種壓力一般的服務器還是可以承受的。

  • 第一個用戶來分,請求到來後,需要在1億裡面給他分一部分錢,金額隨機,假設第一個人分到了100,那就要在這1億中減去100塊,剩下99999900塊~
  • 第二個用戶再來分,金額隨機,這次分200塊,那就需要在剩下的99999900塊中再減去200塊,剩下99999700塊。
  • 等到第10w個用戶來,一看還有1000w,那這1000w全成他的了。


等於是在每個服務器中去分1億,也就是10w個用戶分了一個億,最後總計有100個服務器,要分100億。

如果真這樣了,那分紅包的開發項目組,以及產品經理,可以GG了~

簡化結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

二、分佈式鎖怎麼去處理?

那麼為了解決這個問題,讓1000萬用戶只分1億,而不是100億,這個時候分佈式鎖就派上用處了。

分佈式鎖可以把整個集群就當作是一個應用一樣去處理,那麼也就需要這個鎖獨立於每一個服務之外,而不是在服務裡面。

假設第一個服務器接收到用戶1的請求後,不能只在自己的應用中去判斷還有多少錢可以分了,而需要去外部請求專門負責管理這1億紅包的人(服務),問他:哎,我這裡要分100塊,給我100。

管理紅包的妹子(服務)一看,還有1個億,那好,給你100塊,然後剩下99999900塊。

第二個請求到來後,被服務器2獲取,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我這邊要分10塊,管理紅包的妹子先查了下還有99999900,那就說:好,給你10塊。那就剩下99999890塊。

等到第1000w個請求到來後,服務器100拿到請求,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我要100,妹子翻了翻白眼,對你說,就剩1塊了,愛要不要,那這個時候就只能給你1塊了(1塊也是錢啊,買根辣條還是可以的)。

這些請求編號1,2不代表執行的先後順序,正式的場景下,應該是100臺服務器每個服務器持有一個請求去訪問負責管理紅包的妹子(服務),那在管紅包的妹子那裡同時會接收到100個請求,這個時候就需要在負責紅包的妹子那裡加個鎖就可以了(拋繡球),你們100個服務器誰拿到鎖(搶到繡球),誰就進來和我談,我給你分,其他人就等著去吧。

簡化的結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

三、分佈式鎖的實現有哪些?

說到分佈式鎖的實現,還是有很多的,有數據庫方式的,有Redis分佈式鎖,有Zookeeper分佈式鎖等等。

我們如果採用Redis作為分佈式鎖,那麼上圖中負“責紅包的妹子(服務)”,就可以替換成Redis,請自行腦補。

1、為什麼Redis可以實現分佈式鎖?

首先Redis是單線程的,這裡的單線程指的是網絡請求模塊使用了一個線程(所以不需考慮併發安全性),即一個線程處理所有網絡請求,其他模塊仍用了多個線程。

在實際的操作中過程大致是這樣子的:

服務器1要去訪問發紅包的妹子,也就是Redis,那麼他會在Redis中通過"setnx key value" 操作設置一個key進去,value是啥不重要,重要的是要有一個key,也就是一個標記,而且這個key你愛叫啥叫啥,只要所有的服務器設置的key相同就可以。

假設我們設置一個,如下圖:


分佈式鎖通俗解讀

那麼我們可以看到會返回一個1,那就代表了成功。

如果再來一個請求去設置同樣的key,如下圖:


"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


分佈式鎖通俗解讀


一、常規鎖會造成什麼情況?

首先說一下我們為什麼要搞集群。

簡單理解就是,需求量(請求併發量)變大了,一個工人處理能力有限,那就多招一些工人來一起處理。

假設1千萬個請求平均分配到100臺服務器上,每個服務器接收10w的請求。這10w個請求並不是在同一秒中來的,可能是在1,2個小時內,可以聯想下我們三十晚上開紅包,等到10:20開始,有的人立馬開了,有的人等到12點才想起來。

那這樣的話,平均到每一秒上的請求也就不到1千個,這種壓力一般的服務器還是可以承受的。

  • 第一個用戶來分,請求到來後,需要在1億裡面給他分一部分錢,金額隨機,假設第一個人分到了100,那就要在這1億中減去100塊,剩下99999900塊~
  • 第二個用戶再來分,金額隨機,這次分200塊,那就需要在剩下的99999900塊中再減去200塊,剩下99999700塊。
  • 等到第10w個用戶來,一看還有1000w,那這1000w全成他的了。


等於是在每個服務器中去分1億,也就是10w個用戶分了一個億,最後總計有100個服務器,要分100億。

如果真這樣了,那分紅包的開發項目組,以及產品經理,可以GG了~

簡化結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

二、分佈式鎖怎麼去處理?

那麼為了解決這個問題,讓1000萬用戶只分1億,而不是100億,這個時候分佈式鎖就派上用處了。

分佈式鎖可以把整個集群就當作是一個應用一樣去處理,那麼也就需要這個鎖獨立於每一個服務之外,而不是在服務裡面。

假設第一個服務器接收到用戶1的請求後,不能只在自己的應用中去判斷還有多少錢可以分了,而需要去外部請求專門負責管理這1億紅包的人(服務),問他:哎,我這裡要分100塊,給我100。

管理紅包的妹子(服務)一看,還有1個億,那好,給你100塊,然後剩下99999900塊。

第二個請求到來後,被服務器2獲取,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我這邊要分10塊,管理紅包的妹子先查了下還有99999900,那就說:好,給你10塊。那就剩下99999890塊。

等到第1000w個請求到來後,服務器100拿到請求,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我要100,妹子翻了翻白眼,對你說,就剩1塊了,愛要不要,那這個時候就只能給你1塊了(1塊也是錢啊,買根辣條還是可以的)。

這些請求編號1,2不代表執行的先後順序,正式的場景下,應該是100臺服務器每個服務器持有一個請求去訪問負責管理紅包的妹子(服務),那在管紅包的妹子那裡同時會接收到100個請求,這個時候就需要在負責紅包的妹子那裡加個鎖就可以了(拋繡球),你們100個服務器誰拿到鎖(搶到繡球),誰就進來和我談,我給你分,其他人就等著去吧。

簡化的結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

三、分佈式鎖的實現有哪些?

說到分佈式鎖的實現,還是有很多的,有數據庫方式的,有Redis分佈式鎖,有Zookeeper分佈式鎖等等。

我們如果採用Redis作為分佈式鎖,那麼上圖中負“責紅包的妹子(服務)”,就可以替換成Redis,請自行腦補。

1、為什麼Redis可以實現分佈式鎖?

首先Redis是單線程的,這裡的單線程指的是網絡請求模塊使用了一個線程(所以不需考慮併發安全性),即一個線程處理所有網絡請求,其他模塊仍用了多個線程。

在實際的操作中過程大致是這樣子的:

服務器1要去訪問發紅包的妹子,也就是Redis,那麼他會在Redis中通過"setnx key value" 操作設置一個key進去,value是啥不重要,重要的是要有一個key,也就是一個標記,而且這個key你愛叫啥叫啥,只要所有的服務器設置的key相同就可以。

假設我們設置一個,如下圖:


分佈式鎖通俗解讀

那麼我們可以看到會返回一個1,那就代表了成功。

如果再來一個請求去設置同樣的key,如下圖:


分佈式鎖通俗解讀

這個時候會返回0,那就代表失敗了。

那麼我們就可以通過這個操作去判斷是不是當前可以拿到鎖,或者說可以去訪問“負責發紅包的妹子”,如果返回1,那我就開始去執行後面的邏輯,如果返回0,那就說明已經被人佔用了,我就要繼續等待。

當服務器1拿到鎖之後,進行了業務處理,完成後,還需要釋放鎖,如下圖所示:


"

分佈式鎖和我們平常講到的鎖原理基本一樣,目的就是確保在多個線程併發時,只有一個線程在同一刻操作這個業務或者說方法、變量。

在一個進程中,也就是一個jvm或者說應用中,我們很容易去處理控制,在jdk java.util併發包中已經為我們提供了這些方法去加鎖,比如synchronized關鍵字或者Lock鎖,都可以處理。

但是我們現在的應用程序如果只部署一臺服務器,那併發量是很差的,如果同時有上萬的請求,很有可能造成服務器壓力過大而癱瘓。想想雙十一和大年三十晚上十點,瓜分支付寶紅包等業務場景,自然需要用到多臺服務器去同時處理這些業務,這些服務可能會有上百臺同時處理。

但是我們想一想,如果有100臺服務器要處理分紅包的業務,現在假設有1億的紅包,1千萬個人分,金額隨機,那麼這個業務場景下,是不是必須確保這1千萬個人最後分的紅包金額總和等於1億?


分佈式鎖通俗解讀


一、常規鎖會造成什麼情況?

首先說一下我們為什麼要搞集群。

簡單理解就是,需求量(請求併發量)變大了,一個工人處理能力有限,那就多招一些工人來一起處理。

假設1千萬個請求平均分配到100臺服務器上,每個服務器接收10w的請求。這10w個請求並不是在同一秒中來的,可能是在1,2個小時內,可以聯想下我們三十晚上開紅包,等到10:20開始,有的人立馬開了,有的人等到12點才想起來。

那這樣的話,平均到每一秒上的請求也就不到1千個,這種壓力一般的服務器還是可以承受的。

  • 第一個用戶來分,請求到來後,需要在1億裡面給他分一部分錢,金額隨機,假設第一個人分到了100,那就要在這1億中減去100塊,剩下99999900塊~
  • 第二個用戶再來分,金額隨機,這次分200塊,那就需要在剩下的99999900塊中再減去200塊,剩下99999700塊。
  • 等到第10w個用戶來,一看還有1000w,那這1000w全成他的了。


等於是在每個服務器中去分1億,也就是10w個用戶分了一個億,最後總計有100個服務器,要分100億。

如果真這樣了,那分紅包的開發項目組,以及產品經理,可以GG了~

簡化結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

二、分佈式鎖怎麼去處理?

那麼為了解決這個問題,讓1000萬用戶只分1億,而不是100億,這個時候分佈式鎖就派上用處了。

分佈式鎖可以把整個集群就當作是一個應用一樣去處理,那麼也就需要這個鎖獨立於每一個服務之外,而不是在服務裡面。

假設第一個服務器接收到用戶1的請求後,不能只在自己的應用中去判斷還有多少錢可以分了,而需要去外部請求專門負責管理這1億紅包的人(服務),問他:哎,我這裡要分100塊,給我100。

管理紅包的妹子(服務)一看,還有1個億,那好,給你100塊,然後剩下99999900塊。

第二個請求到來後,被服務器2獲取,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我這邊要分10塊,管理紅包的妹子先查了下還有99999900,那就說:好,給你10塊。那就剩下99999890塊。

等到第1000w個請求到來後,服務器100拿到請求,繼續去詢問,管理紅包的妹子,我要100,妹子翻了翻白眼,對你說,就剩1塊了,愛要不要,那這個時候就只能給你1塊了(1塊也是錢啊,買根辣條還是可以的)。

這些請求編號1,2不代表執行的先後順序,正式的場景下,應該是100臺服務器每個服務器持有一個請求去訪問負責管理紅包的妹子(服務),那在管紅包的妹子那裡同時會接收到100個請求,這個時候就需要在負責紅包的妹子那裡加個鎖就可以了(拋繡球),你們100個服務器誰拿到鎖(搶到繡球),誰就進來和我談,我給你分,其他人就等著去吧。

簡化的結構圖如下:


分佈式鎖通俗解讀

三、分佈式鎖的實現有哪些?

說到分佈式鎖的實現,還是有很多的,有數據庫方式的,有Redis分佈式鎖,有Zookeeper分佈式鎖等等。

我們如果採用Redis作為分佈式鎖,那麼上圖中負“責紅包的妹子(服務)”,就可以替換成Redis,請自行腦補。

1、為什麼Redis可以實現分佈式鎖?

首先Redis是單線程的,這裡的單線程指的是網絡請求模塊使用了一個線程(所以不需考慮併發安全性),即一個線程處理所有網絡請求,其他模塊仍用了多個線程。

在實際的操作中過程大致是這樣子的:

服務器1要去訪問發紅包的妹子,也就是Redis,那麼他會在Redis中通過"setnx key value" 操作設置一個key進去,value是啥不重要,重要的是要有一個key,也就是一個標記,而且這個key你愛叫啥叫啥,只要所有的服務器設置的key相同就可以。

假設我們設置一個,如下圖:


分佈式鎖通俗解讀

那麼我們可以看到會返回一個1,那就代表了成功。

如果再來一個請求去設置同樣的key,如下圖:


分佈式鎖通俗解讀

這個時候會返回0,那就代表失敗了。

那麼我們就可以通過這個操作去判斷是不是當前可以拿到鎖,或者說可以去訪問“負責發紅包的妹子”,如果返回1,那我就開始去執行後面的邏輯,如果返回0,那就說明已經被人佔用了,我就要繼續等待。

當服務器1拿到鎖之後,進行了業務處理,完成後,還需要釋放鎖,如下圖所示:


分佈式鎖通俗解讀

刪除成功返回1,那麼其他的服務器就可以繼續重複上面的步驟去設置這個key,以達到獲取鎖的目的。

當然以上的操作是在Redis客戶端直接進行的,通過程序調用的話,肯定就不能這麼寫,比如java就需要通過jedis去調用,但是整個處理邏輯基本都是一樣的。

通過上面的方式,我們好像是解決了分佈式鎖的問題,但是想想還有沒有什麼問題呢?

對,問題還是有的,可能會有死鎖的問題發生,比如服務器1設置完之後,獲取了鎖之後,忽然發生了宕機。那後續的刪除key操作就沒法執行,這個key會一直在Redis中存在,其他服務器每次去檢查,都會返回0,他們都會認為有人在使用鎖,我需要等。

為了解決這個死鎖的問題,我們就需要給key設置有效期了。

設置的方式有2種:

  • 第一種就是在set完key之後,直接設置key的有效期 "expire key timeout" ,為key設置一個超時時間,單位為second,超過這個時間鎖會自動釋放,避免死鎖。

這種方式相當於,把鎖持有的有效期,交給了Redis去控制。如果時間到了,你還沒有給我刪除key,那Redis就直接給你刪了,其他服務器就可以繼續去setnx獲取鎖。

  • 第二種方式,就是把刪除key權利交給其他的服務器,那這個時候就需要用到value值了,比如服務器1,設置了value也就是timeout為當前時間+1秒 ,這個時候服務器2通過get發現時間已經超過系統當前時間了,那就說明服務器1沒有釋放鎖,服務器1可能出問題了,服務器2就開始執行刪除key操作,並且繼續執行setnx操作。

但是這塊有一個問題,也就是不光你服務器2可能會發現服務器1超時了,服務器3也可能會發現,如果剛好服務器2 setnx操作完成,服務器3就接著刪除,是不是服務器3也可以setnx成功了?

那就等於是服務器2和服務器3都拿到鎖了,那就問題大了。這個時候怎麼辦呢?

這個時候需要用到“GETSET key value”命令了。這個命令的意思就是獲取當前key的值,並且設置新的值。

假設服務器2發現key過期了,開始調用getset命令,然後用獲取的時間判斷是否過期,如果獲取的時間仍然是過期的,那就說明拿到鎖了。

如果沒有,則說明在服務2執行getset之前,服務器3可能也發現鎖過期了,並且在服務器2之前執行了getset操作,重新設置了過期時間。

那麼服務器2就需要放棄後續的操作,繼續等待服務器3釋放鎖或者去監測key的有效期是否過期。

這塊其實有一個小問題是,服務器3已經修改了有效期,拿到鎖之後,服務器2也修改了有效期,但是沒能拿到鎖,但是這個有效期的時間已經被在服務器3的基礎上有增加一些,但是這種影響其實還是很小的,幾乎可以忽略不計。

2、為什麼Zookeeper可實現分佈式鎖?

ZooKeeper是一個分佈式的,開放源碼的分佈式應用程序協調服務,是Google的Chubby一個開源的實現,是Hadoop和Hbase的重要組件。那對於我們初次認識的人,可以理解成ZooKeeper就像是我們的電腦文件系統,我們可以在d盤中創建文件夾a,並且可以繼續在文件夾a中創建文件夾a1,a2。

那我們的文件系統有什麼特點?那就是同一個目錄下文件名稱不能重複,同樣ZooKeeper也是這樣的。

在ZooKeeper所有的節點,也就是文件夾稱作Znode,而且這個Znode節點是可以存儲數據的。我們可以通過“ create /zkjjj nice”來創建一個節點,這個命令就表示,在跟目錄下創建一個zkjjj的節點,值是nice。同樣這裡的值,和我在前面說的Redis中的一樣,沒什麼意義,你隨便給。

另外ZooKeeper可以創建4種類型的節點,分別是:

  • 持久性節點
  • 持久性順序節點
  • 臨時性節點
  • 臨時性順序節點

首先說下持久性節點和臨時性節點的區別:

  • 持久性節點表示只要你創建了這個節點,那不管你ZooKeeper的客戶端是否斷開連接,ZooKeeper的服務端都會記錄這個節點;
  • 臨時性節點剛好相反,一旦你ZooKeeper客戶端斷開了連接,那ZooKeeper服務端就不再保存這個節點;
  • 順便也說下順序性節點,順序性節點是指,在創建節點的時候,ZooKeeper會自動給節點編號比如0000001,0000002這種的。

Zookeeper有一個監聽機制,客戶端註冊監聽它關心的目錄節點,當目錄節點發生變化(數據改變、被刪除、子目錄節點增加刪除)等,Zookeeper會通知客戶端。

四、在Zookeeper中如何加鎖?

下面我們繼續結合我們上面的分紅包場景,描述下在Zookeeper中如何加鎖。

假設服務器1,創建了一個節點 /zkjjj,成功了,那服務器1就獲取了鎖,服務器2再去創建相同的鎖,就會失敗,這個時候就只能監聽這個節點的變化。

等到服務器1處理完業務,刪除了節點後,他就會得到通知,然後去創建同樣的節點,獲取鎖處理業務,再刪除節點,後續的100臺服務器與之類似。

注意這裡的100臺服務器並不是挨個去執行上面的創建節點的操作,而是併發的,當服務器1創建成功,那麼剩下的99個就都會註冊監聽這個節點,等通知,以此類推。

但是大家有沒有注意到,這裡還是有問題的,還是會有死鎖的情況存在,對不對?

當服務器1創建了節點後掛了,沒能刪除,那其他99臺服務器就會一直等通知,那就完蛋了。。。

這個時候就需要用到臨時性節點了,我們前面說過了,臨時性節點的特點是客戶端一旦斷開,就會丟失,也就是當服務器1創建了節點後,如果掛了,那這個節點會自動被刪除,這樣後續的其他服務器,就可以繼續去創建節點,獲取鎖了。

但是我們可能還需要注意到一點,就是驚群效應:舉一個很簡單的例子,當你往一群鴿子中間扔一塊食物,雖然最終只有一個鴿子搶到食物,但所有鴿子都會被驚動來爭奪,沒有搶到…

就是當服務器1節點有變化,會通知其餘的99個服務器,但是最終只有1個服務器會創建成功,這樣98還是需要等待監聽,那麼為了處理這種情況,就需要用到臨時順序性節點。大致意思就是,之前是所有99個服務器都監聽一個節點,現在就是每一個服務器監聽自己前面的一個節點。

假設100個服務器同時發來請求,這個時候會在/zkjjj節點下創建100個臨時順序性節點/zkjjj/000000001,/zkjjj/000000002,一直到/zkjjj/000000100,這個編號就等於是已經給他們設置了獲取鎖的先後順序了。

當001節點處理完畢,刪除節點後,002收到通知,去獲取鎖,開始執行,執行完畢,刪除節點,通知003~以此類推。


"

相關推薦

推薦中...