Quelles sont les trois méthodes de mise en œuvre des verrous distribués ?

Trois façons d'implémenter des verrous distribués : 1. Implémenter des verrous distribués basés sur la base de données ; 2. Implémenter des verrous distribués basés sur le cache (Redis, etc.) ; Du point de vue des performances (de haut en bas) : "Mode cache > Mode Zookeeper > = Mode base de données".

L'environnement d'exploitation de cet article : système Windows, redis 6.0, ordinateur thinkpad t480.

Trois façons d'implémenter des verrous distribués :

1. Implémenter des verrous distribués basés sur une base de données
2. ) ;
3. Implémenter des verrous distribués basés sur Zookeeper ;

1. Implémenter des verrous distribués basés sur une base de données

1.

Utilisez select …where… pour le verrouillage exclusif de mise à jour

Remarque : les autres fonctions supplémentaires sont fondamentalement les mêmes que celles de l'implémentation. Ce qu'il faut noter ici, c'est "where name=lock", le nom. Le champ doit être indexé, sinon la table sera verrouillée. Dans certains cas, par exemple si la table n'est pas grande, l'optimiseur MySQL n'utilisera pas cet index, provoquant des problèmes de verrouillage de table.

2. Verrouillage optimiste

La plus grande différence entre le verrouillage dit optimiste et les précédents est qu'il est basé sur l'idée CAS. Il ne s'exclut pas mutuellement et ne provoquera pas de verrouillage. en attente et consommer des ressources. Il est considéré comme n'existant pas pendant l'opération. Les conflits de concurrence ne peuvent être détectés qu'après l'échec de la version de mise à jour. Nos ventes urgentes et nos ventes flash utilisent cette mise en œuvre pour éviter la survente.
Implémentez le verrouillage optimiste en ajoutant un champ de numéro de version incrémentiel

Deuxièmement, implémentez le verrouillage distribué basé sur le cache (Redis, etc.)

1. Introduction à l'utilisation des commandes :
(1) SETNX
SETNX key val : Si et seulement si la clé n'existe pas, définissez une chaîne avec key val et renvoyez 1. ; if Si la clé existe, ne faites rien et renvoyez 0.
(2) expire
expiration du délai d'expiration de la clé : définissez un délai d'expiration pour la clé, l'unité est la deuxième. Le verrou sera automatiquement libéré après ce délai pour éviter un blocage.
(3) delete
delete key : delete key

Lors de l'utilisation de Redis pour implémenter des verrous distribués, ces trois commandes sont principalement utilisées.

2. Idée d'implémentation :
(1) Lors de l'acquisition du verrou, utilisez setnx pour le verrouiller et utilisez la commande expire pour ajouter un délai d'attente au verrou. Après ce délai, le verrou sera activé. automatiquement libéré. ​​La valeur du verrou Il s'agit d'un UUID généré aléatoirement, qui est utilisé pour juger du moment où le verrou est libéré.
(2) Lors de l'acquisition du verrou, un délai d'attente est également défini pour l'acquisition. Si ce délai est dépassé, l'acquisition du verrou sera abandonnée.
(3) Lors de la libération d'un verrou, utilisez l'UUID pour déterminer s'il s'agit du verrou. S'il s'agit du verrou, exécutez delete pour libérer le verrou.

3. Code d'implémentation simple du verrou distribué :

 /**
    * 分布式锁的简单实现代码    */
   public class DistributedLock {
   
       private final JedisPool jedisPool;
   
       public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
          this.jedisPool = jedisPool;
      }
  
      /**
       * 加锁
       * @param lockName       锁的key
       * @param acquireTimeout 获取超时时间
       * @param timeout        锁的超时时间
       * @return 锁标识
       */
      public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
          Jedis conn = null;
          String retIdentifier = null;
          try {
              // 获取连接
              conn = jedisPool.getResource();
              // 随机生成一个value
              String identifier = UUID.randomUUID().toString();
              // 锁名，即key值
              String lockKey = "lock:" + lockName;
              // 超时时间，上锁后超过此时间则自动释放锁
              int lockExpire = (int) (timeout / );
  
              // 获取锁的超时时间，超过这个时间则放弃获取锁
              long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
              while (System.currentTimeMillis()  results = transaction.exec();
                     if (results == null) {
                         continue;
                     }
                     retFlag = true;
                 }
                 conn.unwatch();
                 break;
             }
         } catch (JedisException e) {
             e.printStackTrace();
         } finally {
             if (conn != null) {
                 conn.close();
             }
         }
         return retFlag;
     }
 }

4. Testez le verrou distribué qui vient d'être implémenté

Dans l'exemple, 50 threads sont utilisés pour simuler une vente flash de un produit, utilisez -operator pour obtenir une réduction du produit. D'après l'ordre des résultats, on peut voir s'il est dans un état verrouillé.

Simulez le service de vente flash, configurez-y le pool de threads Jedis et transmettez-le au verrou distribué lors de l'initialisation pour son utilisation.

public class Service {

    private static JedisPool pool = null;

    private DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);

    int n = 500;

    static {
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        // 设置最大连接数
        config.setMaxTotal(200);
        // 设置最大空闲数
        config.setMaxIdle(8);
        // 设置最大等待时间
        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
        // 在borrow一个jedis实例时，是否需要验证，若为true，则所有jedis实例均是可用的
        config.setTestOnBorrow(true);
        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
    }

    public void seckill() {
        // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
        String identifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
        System.out.println(--n);
        lock.releaseLock("resource", identifier);
    }
}

Simuler des threads pour effectuer des services flash kill

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;

    public ThreadA(Service service) {
        this.service = service;
    }

    @Override
    public void run() {
        service.seckill();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        for (int i = 0; i <p> Les résultats sont les suivants, les résultats sont dans l'ordre : </p><p><img src="https://img.php.cn/upload/article/000/000/024/0c1cb2ceea4c8cbfa184228a02822f99-1.png" alt="Quelles sont les trois méthodes de mise en œuvre des verrous distribués ?"></p><p>Si vous commentez l'utilisation des verrous Partie : </p><pre class="brush:php;toolbar:false">public void seckill() {
    // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
    //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
    System.out.println(--n);
    //lock.releaseLock("resource", indentifier);
}

Comme le montrent les résultats, certains sont exécutés de manière asynchrone :

Troisièmement, distribué basé sur Zookeeper Lock

ZooKeeper est un composant open source qui fournit des services de cohérence pour les applications distribuées. En interne, il s'agit d'une arborescence de répertoires de système de fichiers hiérarchique, qui stipule qu'il peut y en avoir. n'en être qu'un dans le même répertoire. Nom de fichier unique. Les étapes pour implémenter des verrous distribués basés sur ZooKeeper sont les suivantes :

(1) Créer un répertoire mylock
(2) Le thread A crée un nœud de séquence temporaire dans le répertoire mylock s'il souhaite acquérir le lock;
(3 ) Récupère tous les nœuds enfants du répertoire mylock, puis récupère les nœuds frères plus petits que lui-même. S'il n'existe pas, cela signifie que le thread actuel a le plus petit numéro de séquence et obtient le verrou ;
(4) Le thread B récupère tous les nœuds et détermine qu'il ne s'agit pas du plus petit nœud, configuré pour surveiller le nœud plus petit que lui
(5) Une fois le traitement terminé, supprimez son propre nœud, le thread B ; écoute l'événement de changement, détermine s'il s'agit du plus petit nœud et, si tel est le cas, obtient le verrou.

Ici est recommandé une bibliothèque open source Apache Curator, qui est un client ZooKeeper. L'InterProcessMutex fourni par Curator est l'implémentation de verrous distribués. La méthode d'acquisition est utilisée pour acquérir des verrous et la méthode de libération est utilisée pour. libérer les verrous.

Le code source d'implémentation est le suivant :

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.curator.framework.CuratorFramework;
import org.apache.curator.framework.CuratorFrameworkFactory;
import org.apache.curator.retry.RetryNTimes;
import org.apache.zookeeper.CreateMode;
import org.apache.zookeeper.data.Stat;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * 分布式锁Zookeeper实现
 *
 */
@Slf4j
@Component
public class ZkLock implements DistributionLock {
private String zkAddress = "zk_adress";
    private static final String root = "package root";
    private CuratorFramework zkClient;

    private final String LOCK_PREFIX = "/lock_";

    @Bean
    public DistributionLock initZkLock() {
        if (StringUtils.isBlank(root)) {
            throw new RuntimeException("zookeeper 'root' can't be null");
        }
        zkClient = CuratorFrameworkFactory
                .builder()
                .connectString(zkAddress)
                .retryPolicy(new RetryNTimes(2000, 20000))
                .namespace(root)
                .build();
        zkClient.start();
        return this;
    }

    public boolean tryLock(String lockName) {
        lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
        boolean locked = true;
        try {
            Stat stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
            if (stat == null) {
                log.info("tryLock:{}", lockName);
                stat = zkClient.checkExists().forPath(lockName);
                if (stat == null) {
                    zkClient
                            .create()
                            .creatingParentsIfNeeded()
                            .withMode(CreateMode.EPHEMERAL)
                            .forPath(lockName, "1".getBytes());
                } else {
                    log.warn("double-check stat.version:{}", stat.getAversion());
                    locked = false;
                }
            } else {
                log.warn("check stat.version:{}", stat.getAversion());
                locked = false;
            }
        } catch (Exception e) {
            locked = false;
        }
        return locked;
    }

    public boolean tryLock(String key, long timeout) {
        return false;
    }

    public void release(String lockName) {
        lockName = LOCK_PREFIX+lockName;
        try {
            zkClient
                    .delete()
                    .guaranteed()
                    .deletingChildrenIfNeeded()
                    .forPath(lockName);
            log.info("release:{}", lockName);
        } catch (Exception e) {
            log.error("删除", e);
        }
    }

    public void setZkAddress(String zkAddress) {
        this.zkAddress = zkAddress;
    }
}

Avantages : Il dispose de fonctionnalités de haute disponibilité, de réentrée et de verrouillage de blocage, qui peuvent résoudre le problème de blocage en cas d'échec.

Inconvénients : comme les nœuds doivent être créés et supprimés fréquemment, les performances ne sont pas aussi bonnes que celles de Redis.

Quatre comparaison

Implémentation du verrouillage distribué de la base de données
Inconvénients :

1. Les performances de l'opération de base de données sont médiocres et il existe un risque de verrouillage de la table
2. Après l'échec de l'opération non bloquante, une interrogation est requise et les ressources CPU sont occupées
3. Aucun commit pour un ; ou une interrogation pendant une longue période, peut occuper plus de ressources de connexion

Implémentation du verrouillage distribué Redis (cache)
Inconvénients :

1. l'échec de la suppression du verrou est difficile à contrôler
2 Non bloquant, après l'échec de l'opération, une interrogation est requise et les ressources CPU sont occupées ;

Implémentation du verrouillage distribué ZK
Inconvénients : Les performances ne sont pas aussi bonnes que l'implémentation de Redis, la raison principale est que les opérations d'écriture (acquisition et libération des verrous) doivent être effectuées sur le leader puis synchronisées avec les suiveurs.

En bref : ZooKeeper a de bonnes performances et une bonne fiabilité.

Du point de vue de la facilité de compréhension (de faible à élevée) Base de données> Cache> 🎜>

Du point de vue des performances (de haut en bas) Cache > Zookeeper > Base de données

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