分布式概念:分布式锁(分布式互斥的一种实现方式)

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分布式概念:分布式锁(分布式互斥的一种实现方式)

2024-07-12 00:57| 来源: 网络整理| 查看: 265

分布式系统中,多个节点都需要访问一个临界资源,但是同一时刻只能有一个节点可以访问,为了解决这个问题就是要通过分布式互斥来实现;分布式锁就是实现分布式互斥的一种实现方式。

锁是实现多线程同时访问同一共享资源,保证同一时刻只有一个线程可访问共享资源所做的一种标记。分布式锁是指分布式环境下,系统部署在多个机器中,实现多进程分布式互斥的一种锁。为了保证多个进程能看到锁,锁被存在公共存储(比如 Redis、数据库等三方存储中),以实现多个进程并发访问同一个临界资源,同一时刻只有一个进程可访问共享资源,确保数据的一致性。

分布式锁的三种实现方法1.基于关系数据库实现分布式锁 (1)创建一张锁表,然后通过操作该表中的数据来实现。 (2)当我们要锁住某个资源时,就在该表中增加一条记录,想要释放锁的时候就删除这条记录。 (3)数据库对共享资源做了唯一性约束,如果有多个请求被同时提交到数据库的话,数据库会保证只有一个操作可以成功,操作成功的那个线程就获得了访问共享资源的锁。缺点: 1.因为数据库需要落到硬盘上,频繁读取数据库会导致 IO 开销大,因此这种分布式锁适用于并发量低,对性能要求低的场景。 2.容易引起单点故障。

2.基于缓存实现分布式锁 把数据存放在计算机内存中,不需要写入磁盘,减少了 IO 读写。 实例:Redis 通过队列来维持进程访问共享资源的先后顺序。 (1)Redis 通常可以使用 setnx(key, value) 函数来实现分布式锁。 (2)key 和 value 就是基于缓存的分布式锁的两个属性,其中 key 表示锁 id,value = currentTime + timeOut,表示当前时间 + 超时时间。 (3)某个进程获得 key 这把锁后,如果在 value 的时间内未释放锁,系统就会主动释放锁。 (4)setnx 函数的返回值有 0 和 1:返回 1,说明该服务器获得锁,setnx 将 key 对应的 value 设置为当前时间 + 锁的有效时间。返回 0,说明其他服务器已经获得了锁,进程不能进入临界区。该服务器可以不断尝试 setnx 操作,以获得锁。

3.基于 ZooKeeper 实现分布式锁ZooKeeper 基于树形数据存储结构实现分布式锁。节点类型:持久节点。这是默认的节点类型,一直存在于 ZooKeeper 中。持久顺序节点。也就是说,在创建节点时,ZooKeeper 根据节点创建的时间顺序对节点进行编号。临时节点。与持久节点不同,当客户端与 ZooKeeper 断开连接后,该进程创建的临时节点就会被删除。临时顺序节点。按时间顺序编号的临时节点。

以电商售卖吹风机的场景为例。假设用户 A、B、C 同时在 11 月 11 日的零点整提交了购买吹风机的请求,ZooKeeper 会采用如下方法来实现分布式锁: 1.在与该方法对应的持久节点 shared_lock 的目录下,为每个进程创建一个临时顺序节点。吹风机就是一个拥有 shared_lock 的目录,当有人买吹风机时,会为他创建一个临时顺序节点。 2.每个进程获取 shared_lock 目录下的所有临时节点列表,注册子节点变更的 Watcher,并监听节点。 3.每个节点确定自己的编号是否是 shared_lock 下所有子节点中最小的,若最小,则获得锁。例如,用户 A 的订单最先到服务器,因此创建了编号为 1 的临时顺序节点 LockNode1。该节点的编号是持久节点目录下最小的,因此获取到分布式锁,可以访问临界资源,从而可以购买吹风机。 4.若本进程对应的临时节点编号不是最小的,则分为两种情况:    a. 本进程为读请求,如果比自己序号小的节点中有写请求,则等待;    b. 本进程为写请求,如果比自己序号小的节点中有读请求,则等待。

例如,用户 B 也想要买吹风机,但在他之前,用户 C 想看看吹风机的库存量。因此,用户 B 只能等用户 A 买完吹风机、用户 C 查询完库存量后,才能购买吹风机。

ZooKeeper 分布式锁的可靠性最高,有封装好的框架,很容易实现分布式锁的功能,并且几乎解决了数据库锁和缓存式锁的不足。

etcd分布式锁实现原理:

1.利用租约在etcd集群中创建一个key,这个key有两种形态,存在和不存在,而这两种形态就是互斥量。 2.如果这个key不存在,那么线程创建key,成功则获取到锁,该key就为存在状态。 3.如果该key已经存在,那么线程就不能创建key,则获取锁失败。

锁结构体:

在使用该锁时,需要传入Ttl,Conf,Key字段来初始化锁

type EtcdMutex struct { Ttl int64 //租约时间 Conf clientv3.Config //etcd集群配置 Key string //etcd的key cancel context.CancelFunc //关闭续租的func lease clientv3.Lease leaseID clientv3.LeaseID txn clientv3.Txn } 初始化锁: func(em *EtcdMutex)init()error{ var err error var ctx context.Context client,err := clientv3.New(em.Conf) if err != nil{ return err } em.txn = clientv3.NewKV(client).Txn(context.TODO()) em.lease = clientv3.NewLease(client) leaseResp,err := em.lease.Grant(context.TODO(),em.Ttl) if err != nil{ return err } ctx,em.cancel = context.WithCancel(context.TODO()) em.leaseID = leaseResp.ID _,err = em.lease.KeepAlive(ctx,em.leaseID) return err } 获取锁: func(em *EtcdMutex)Lock()error{ err := em.init() if err != nil{ return err } //LOCK: em.txn.If(clientv3.Compare(clientv3.CreateRevision(em.Key),"=",0)). Then(clientv3.OpPut(em.Key,"",clientv3.WithLease(em.leaseID))). Else() txnResp,err := em.txn.Commit() if err != nil{ return err } if !txnResp.Succeeded{ //判断txn.if条件是否成立 return fmt.Errof("抢锁失败") } return nil } 释放锁: func(em *EtcdMutex)UnLock(){ em.cancel() em.lease.Revoke(context.TODO(),em.leaseID) fmt.Println("释放了锁") } 调用锁: func main(){ var conf = clientv3.Config{ Endpoints: []string{"172.16.196.129:2380", "192.168.50.250:2380"}, DialTimeout: 5 * time.Second, } eMutex1 := &EtcdMutex{ Conf:conf, Ttl:10, Key:"lock", } eMutex2 := &EtcdMutex{ Conf:conf, Ttl:10, Key:"lock", } //groutine1 go func() { err := eMutex1.Lock() if err != nil{ fmt.Println("groutine1抢锁失败") fmt.Println(err) return } fmt.Println("groutine1抢锁成功") time.Sleep(10*time.Second) defer eMutex.UnLock() }() //groutine2 go func() { err := eMutex2.Lock() if err != nil{ fmt.Println("groutine2抢锁失败") fmt.Println(err) return } fmt.Println("groutine2抢锁成功") defer eMutex.UnLock() }() time.Sleep(30*time.Second) }

 



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