面試官：項目中如何實現(xiàn)分布式鎖？
分布式鎖（Distributed Lock）是一種用于分布式系統(tǒng)中的同步機制，主要是為了防止分布式系統(tǒng)中，多個服務實例同時操作一個共享資源所帶來的并發(fā)安全問題。
分布式鎖確保在同一時間只有一個實例操作共享資源，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。
1.分布式鎖實現(xiàn)方案
分布式鎖的實現(xiàn)方案有多種，例如以下這幾種：
- 基于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)分布式鎖：可以通過數(shù)據(jù)庫的樂觀鎖或悲觀鎖實現(xiàn)分布式鎖，但是由于數(shù)據(jù)庫的 IO 操作比較慢，不適合高并發(fā)場景。
- 基于 Zookeeper 實現(xiàn)分布式鎖：Zookeeper 是一個高可用性的分布式協(xié)調(diào)服務，可以通過它來實現(xiàn)分布式鎖。但是使用 Zookeeper 需要部署額外的服務，增加了系統(tǒng)復雜度。
- 基于 Redis 實現(xiàn)分布式鎖：Redis 是一個高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，支持分布式部署，可以通過 Redis 的原子操作實現(xiàn)分布式鎖，而且具有高性能和高可用性。
綜合以上方案來看，基于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的分布式鎖不適用于高并發(fā)場景，而基于 Zookeeper 實現(xiàn)的分布式鎖又需要額外部署 Zookeeper 服務，增加了運營成本，所以使用 Redis 實現(xiàn)分布式鎖是目前主流的實現(xiàn)方案。
2.為什么Redis可以實現(xiàn)分布式鎖？
因為 Redis 作為一個獨立的第三方系統(tǒng)（數(shù)據(jù)中間件），其本身就支持分布式應用。也就是針對于 Redis 的所有操作，所有的分布式系統(tǒng)都是全局可見的，如下圖所示：
圖片
3.Redis如何實現(xiàn)分布式鎖？
使用 Redis 實現(xiàn)分布式鎖的方案有以下 4 種：
- setnx（set if Not eXists）：嘗試設置鍵 key 的值為 value，但如果 key 已經(jīng)存在，則不會執(zhí)行任何操作并返回 0，如果 key 不存在則加鎖成功。
缺陷：存在死鎖問題、鎖誤刪問題、不可重入問題、鎖無法自動續(xù)期問題。
- set nx ex/px：setnx 升級版本，Redis 2.6 版本后才能支持此語法。嘗試加鎖和設置鎖超時時間，使用案例 set key value nx px 3000。
缺陷：存在鎖誤刪問題、不可重入問題、鎖無法自動續(xù)期問題。
- Lua 腳本：解決鎖重入的問題
缺陷：實現(xiàn)復雜、且存在鎖無法自動續(xù)期問題。
- Redisson 框架：基于 Redis 實現(xiàn)分布式鎖的開源框架。其實現(xiàn)簡單、不存在鎖重入和鎖續(xù)期等問題。
問題解釋
- 死鎖問題：SETNX 如未設置過期時間，鎖忘記刪了或加鎖線程宕機都會導致死鎖，也就是分布式鎖一直被占用的情況。
- 鎖誤刪問題：SETNX 設置了超時時間，但因為執(zhí)行時間太長，所以在超時時間之內(nèi)鎖已經(jīng)被自動釋放了，但線程不知道，因此在線程執(zhí)行結束之后，會把其他線程的鎖誤刪的問題。
- 不可重入問題：也就是說同一線程在已經(jīng)獲取了某個鎖的情況下，如果再次請求獲取該鎖，則請求會失敗（因為只有在第一次能加鎖成功）。也就是說，一個線程不能對自己已持有的鎖進行重復鎖定。
- 無法自動續(xù)期：線程在持有鎖期間，任務未能執(zhí)行完成，鎖可能會因為超時而自動釋放。SETNX 無法自動根據(jù)任務的執(zhí)行情況，設置新的超時實現(xiàn)，以延長鎖的時間。
綜合以上實現(xiàn)方案來看，生產(chǎn)級別使用 Redis 實現(xiàn)分布式鎖的方案，應該選用 Redisson 框架。
4.Redisson介紹
Redisson 是一個開源的用于操作 Redis 的 Java 框架。與 Jedis 和 Lettuce 等輕量級的 Redis 框架不同，它提供了更高級且功能豐富的 Redis 客戶端。它提供了許多簡化 Redis 操作的高級 API，并支持分布式對象、分布式鎖、分布式集合等特性。
“
Redisson 官網(wǎng)：https://redisson.org/
Redisson 特性說明
- Redisson 可以設置分布式鎖的過期時間，從而避免鎖一直被占用而導致的死鎖問題。
- Redisson 在為每個鎖關聯(lián)一個線程 ID 和重入次數(shù)（遞增計數(shù)器）作為分布鎖 value 的一部分存儲在 Redis 中，這樣就避免了鎖誤刪和不可重入的問題。
- Redisson 還提供了自動續(xù)期的功能，通過定時任務（看門狗）定期延長鎖的有效期，確保在業(yè)務未完成前，鎖不會被其他線程獲取。
5.Redisson實現(xiàn)分布式鎖
1） 添加 Redisson 框架
添加 Redisson 依賴：
<!-- Redisson -->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.redisson/redisson-spring-boot-starter -->
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>2）配置 Redis 連接信息
將 RedissonClient 對象保存到 Spring Ioc 容器，并為其設置 Redis 服務連接信息，具體實現(xiàn)代碼如下：
import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
publicclass RedissonConfig {
@Bean
public RedissonClient redissonClient() {
Config config = new Config();
// 也可以將 redis 配置信息保存到配置文件
config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
return Redisson.create(config);
}
}3）創(chuàng)建分布式鎖
Redisson 分布式鎖的操作和 Java 中的 ReentrantLock（可重入鎖）的操作很像，都是先使用 tryLock 嘗試獲取（非公平）鎖，再通過 unlock 釋放鎖，具體實現(xiàn)如下：
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@RestController
publicclass LockController {
@Autowired
private RedissonClient redissonClient;
@GetMapping("/lock")
public String lockResource() throws InterruptedException {
String lockKey = "myLock";
// 獲取 RLock 對象
RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);
try {
// 嘗試獲取鎖（嘗試加鎖）（鎖超時時間是 30 秒）
boolean isLocked = lock.tryLock(30, TimeUnit.SECONDS);
if (isLocked) {
// 成功獲取到鎖
try {
// 模擬業(yè)務處理
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
return"成功獲取鎖，并執(zhí)行業(yè)務代碼";
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
} else {
// 獲取鎖失敗
return"獲取鎖失敗";
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return"獲取鎖成功";
}
}a.實現(xiàn)公平鎖
Redisson 默認創(chuàng)建的分布式鎖是非公平鎖（出于性能的考慮），想要把它變成公平鎖可使用以下代碼實現(xiàn)：
RLock lock = redissonClient.getFairLock(lockKey); // 獲取公平鎖b.實現(xiàn)讀寫鎖
Redisson 還可以創(chuàng)建讀寫鎖，如下代碼所示：
RReadWriteLock lock = redissonClient.getReadWriteLock(lockKey); // 獲取讀寫鎖
lock.readLock(); // 讀鎖
lock.writeLock(); // 寫鎖讀寫鎖的特點就是并發(fā)性能高，它是允許多個線程同時獲取讀鎖進行讀操作的，也就是說在沒有寫鎖的情況下，讀取操作可以并發(fā)執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的并行度。但寫鎖則是獨占式的，同一時間只有一個線程可以獲得寫鎖，無論是讀還是寫都無法與寫鎖并存，這樣就確保了數(shù)據(jù)修改時的數(shù)據(jù)一致性。
c.實現(xiàn)聯(lián)鎖
Redisson 也支持聯(lián)鎖，也叫分布式多鎖 MultiLock，它允許客戶端一次性獲取多個獨立資源（RLock）上的鎖，這些資源可能是不同的鍵或同一鍵的不同鎖。當所有指定的鎖都被成功獲取后，才會認為整個操作成功鎖定。這樣能夠確保在分布式環(huán)境下進行跨資源的并發(fā)控制。
聯(lián)鎖的實現(xiàn)示例如下：
// 獲取需要加鎖的資源
RLock lock1 = redisson.getLock("lock1");
RLock lock2 = redisson.getLock("lock2");
// 聯(lián)鎖
RedissonMultiLock multiLock = new RedissonMultiLock(lock1, lock2);
try {
// 一次性嘗試獲取所有鎖
if (multiLock.tryLock()) {
// 獲取鎖成功...
}
} finally {
// 釋放所有鎖
multiLock.unlock();
}課后思考
說說 Redisson 分布式鎖的底層實現(xiàn)原理？Redisson 如何解決分布式鎖的單點故障問題？
