[[225288]]

概述

以前參加過(guò)一個(gè)庫(kù)存系統(tǒng)，由于其業(yè)務(wù)復(fù)雜性，搞了很多個(gè)應(yīng)用來(lái)支撐。這樣的話一份庫(kù)存數(shù)據(jù)就有可能同時(shí)有多個(gè)應(yīng)用來(lái)修改庫(kù)存數(shù)據(jù)。比如說(shuō)，有定時(shí)任務(wù)域xx.cron，和SystemA域和SystemB域這幾個(gè)JAVA應(yīng)用，可能同時(shí)修改同一份庫(kù)存數(shù)據(jù)。如果不做協(xié)調(diào)的話，就會(huì)有臟數(shù)據(jù)出現(xiàn)。對(duì)于跨JAVA進(jìn)程的線程協(xié)調(diào)，可以借助外部環(huán)境，例如DB或者Redis。下文介紹一下如何使用DB來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖。

設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的分布式鎖的交互方式如下：

1、根據(jù)業(yè)務(wù)字段生成transaction_id，并線程安全的創(chuàng)建鎖資源

2、根據(jù)transaction_id申請(qǐng)鎖

3、釋放鎖

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建鎖資源

在使用synchronized關(guān)鍵字的時(shí)候，必須指定一個(gè)鎖對(duì)象。

synchronized(obj) { }

進(jìn)程內(nèi)的線程可以基于obj來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。obj在這里可以理解為一個(gè)鎖對(duì)象。如果線程要進(jìn)入synchronized代碼塊里，必須先持有obj對(duì)象上的鎖。這種鎖是JAVA里面的內(nèi)置鎖，創(chuàng)建的過(guò)程是線程安全的。那么借助DB，如何保證創(chuàng)建鎖的過(guò)程是線程安全的呢？可以利用DB中的UNIQUE KEY特性，一旦出現(xiàn)了重復(fù)的key，由于UNIQUE KEY的唯一性，會(huì)拋出異常的。在JAVA里面，是SQLIntegrityConstraintViolationException異常。

create table distributed_lock(  
    id BIGINT UNSIGNED PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',  
    transaction_id varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '事務(wù)id',  
    last_update_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP NOT NULL COMMENT '***更新時(shí)間',  
    create_time TIMESTAMP DEFAULT '0000-00-00 00:00:00' NOT NULL COMMENT '創(chuàng)建時(shí)間',  
    UNIQUE KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`)  
) 

transaction_id是事務(wù)Id，比如說(shuō)，可以用

倉(cāng)庫(kù) + 條碼 + 銷售模式

來(lái)組裝一個(gè)transaction_id，表示某倉(cāng)庫(kù)某銷售模式下的某個(gè)條碼資源。不同條碼，當(dāng)然就有不同的transaction_id。如果有兩個(gè)應(yīng)用，拿著相同的transaction_id來(lái)創(chuàng)建鎖資源的時(shí)候，只能有一個(gè)應(yīng)用創(chuàng)建成功。

一條distributed_lock記錄插入成功了，就表示一份鎖資源創(chuàng)建成功了。

DB連接池列表設(shè)計(jì)

在寫操作頻繁的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，通常會(huì)進(jìn)行分庫(kù)，以降低單數(shù)據(jù)庫(kù)寫入的壓力，并提高寫操作的吞吐量。如果使用了分庫(kù)，那么業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自然也都分配到各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上了。在這種水平切分的多數(shù)據(jù)庫(kù)上使用DB分布式鎖，可以自定義一個(gè)DataSouce列表。并暴露一個(gè)getConnection(String transactionId)方法，按照transactionId找到對(duì)應(yīng)的Connection。

實(shí)現(xiàn)代碼如下：

package dlock;   
import com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource;  
import org.springframework.stereotype.Component;   
import javax.annotation.PostConstruct;  
import java.io.FileInputStream;  
import java.io.IOException;  
import java.sql.Connection;  
import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
import java.util.Properties;   
 
@Component  
public class DataSourcePool {  
    private List dlockDataSources = new ArrayList();   
 
    @PostConstruct  
    private void initDataSourceList() throws IOException {  
        Properties properties = new Properties();  
        FileInputStream fis = new FileInputStream("db.properties");  
        properties.load(fis); 
 
        Integer lockNum = Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_NUM"));  
        for (int i = 0; i "DLOCK_USER_" + i);  
            String password = properties.getProperty("DLOCK_PASS_" + i);  
            Integer initSize = Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_INIT_SIZE_" + i));  
            Integer maxSize = Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_MAX_SIZE_" + i));  
            String url = properties.getProperty("DLOCK_URL_" + i);   
 
            DruidDataSource dataSource = createDataSource(user,password,initSize,maxSize,url);  
            dlockDataSources.add(dataSource);  
        }  
    }    
 
    private DruidDataSource createDataSource(String user, String password, Integer initSize, Integer maxSize, String url) {  
        DruidDataSource dataSource = new DruidDataSource();  
        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");  
        dataSource.setUsername(user);  
        dataSource.setPassword(password);  
        dataSource.setUrl(url);  
        dataSource.setInitialSize(initSize);  
        dataSource.setMaxActive(maxSize);  
 
        return dataSource;  
    } 
 
    public Connection getConnection(String transactionId) throws Exception { 
        if (dlockDataSources.size() 0) {  
            return null;  
        }   
 
        if (transactionId == null || "".equals(transactionId)) {  
            throw new RuntimeException("transactionId是必須的");  
        } 
        int hascode = transactionId.hashCode();  
        if (hascode 0) {  
            hascode = - hascode;  
        } 
        return dlockDataSources.get(hascode % dlockDataSources.size()).getConnection();  
    }  
} 

首先編寫一個(gè)initDataSourceList方法，并利用Spring的PostConstruct注解初始化一個(gè)DataSource 列表。相關(guān)的DB配置從db.properties讀取。

DLOCK_NUM=2   
DLOCK_USER_0="user1"  
DLOCK_PASS_0="pass1"  
DLOCK_INIT_SIZE_0=2  
DLOCK_MAX_SIZE_0=10  
DLOCK_URL_0="jdbc:mysql://localhost:3306/test1" 
  
 
DLOCK_USER_1="user1" 
DLOCK_PASS_1="pass1"  
DLOCK_INIT_SIZE_1=2  
DLOCK_MAX_SIZE_1=10  
DLOCK_URL_1="jdbc:mysql://localhost:3306/test2" 

DataSource使用阿里的DruidDataSource。

接著最重要的一個(gè)實(shí)現(xiàn)getConnection(String transactionId)方法。實(shí)現(xiàn)原理很簡(jiǎn)單，獲取transactionId的hashcode，并對(duì)DataSource的長(zhǎng)度取模即可。

連接池列表設(shè)計(jì)好后，就可以實(shí)現(xiàn)往distributed_lock表插入數(shù)據(jù)了。

package dlock;   
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;  
import org.springframework.stereotype.Component;   
 
import java.sql.*;   
 
@Component  
public class DistributedLock {  
    @Autowired  
    private DataSourcePool dataSourcePool;    
 
    /**  
     * 根據(jù)transactionId創(chuàng)建鎖資源  
     */  
    public String createLock(String transactionId) throws Exception{  
        if (transactionId == null) {  
            throw new RuntimeException("transactionId是必須的");  
        } 
        Connection connection = null;  
        Statement statement = null;  
        try {  
            connection = dataSourcePool.getConnection(transactionId);  
            connection.setAutoCommit(false);  
            statement = connection.createStatement();  
            statement.executeUpdate("INSERT INTO distributed_lock(transaction_id) VALUES ('" + transactionId + "')");  
            connection.commit();  
            return transactionId;  
        }  
        catch (SQLIntegrityConstraintViolationException icv) {  
            //說(shuō)明已經(jīng)生成過(guò)了。  
            if (connection != null) {  
                connection.rollback();  
            }  
            return transactionId;  
        }  
        catch (Exception e) {  
            if (connection != null) {  
                connection.rollback();  
            }  
            throw  e;  
        }  
        finally {  
            if (statement != null) {  
                statement.close();  
            }  
 
            if (connection != null) {  
                connection.close();  
            }  
        }  
    }  
} 

根據(jù)transactionId鎖住線程

接下來(lái)利用DB的select for update特性來(lái)鎖住線程。當(dāng)多個(gè)線程根據(jù)相同的transactionId并發(fā)同時(shí)操作select for update的時(shí)候，只有一個(gè)線程能成功，其他線程都block住，直到select for update成功的線程使用commit操作后，block住的所有線程的其中一個(gè)線程才能開始干活。我們?cè)谏厦娴腄istributedLock類中創(chuàng)建一個(gè)lock方法。

public boolean lock(String transactionId) throws Exception {  
        Connection connection = null;  
        PreparedStatement preparedStatement = null;  
        ResultSet resultSet = null;  
        try {  
            connection = dataSourcePool.getConnection(transactionId);  
            preparedStatement = connection.prepareStatement("SELECT * FROM distributed_lock WHERE transaction_id = ? FOR UPDATE ");  
            preparedStatement.setString(1,transactionId);  
            resultSet = preparedStatement.executeQuery();  
            if (!resultSet.next()) {  
                connection.rollback();  
                return false;  
            }  
            return true;  
        } catch (Exception e) {  
            if (connection != null) {  
                connection.rollback();  
            }  
            throw  e;  
        }  
        finally {  
            if (preparedStatement != null) {  
                preparedStatement.close();  
            }   
 
            if (resultSet != null) {  
                resultSet.close();  
            } 
 
            if (connection != null) {  
                connection.close();  
            }  
        }  
    } 

實(shí)現(xiàn)解鎖操作

當(dāng)線程執(zhí)行完任務(wù)后，必須手動(dòng)的執(zhí)行解鎖操作，之前被鎖住的線程才能繼續(xù)干活。在我們上面的實(shí)現(xiàn)中，其實(shí)就是獲取到當(dāng)時(shí)select for update成功的線程對(duì)應(yīng)的Connection，并實(shí)行commit操作即可。

那么如何獲取到呢？我們可以利用ThreadLocal。首先在DistributedLock類中定義

private ThreadLocal threadLocalConn = new ThreadLocal(); 

每次調(diào)用lock方法的時(shí)候，把Connection放置到ThreadLocal里面。我們修改lock方法。

public boolean lock(String transactionId) throws Exception {  
        Connection connection = null;  
        PreparedStatement preparedStatement = null;  
        ResultSet resultSet = null;  
        try {  
            connection = dataSourcePool.getConnection(transactionId);  
            threadLocalConn.set(connection);  
            preparedStatement = connection.prepareStatement("SELECT * FROM distributed_lock WHERE transaction_id = ? FOR UPDATE ");  
            preparedStatement.setString(1,transactionId);  
            resultSet = preparedStatement.executeQuery();  
            if (!resultSet.next()) {  
                connection.rollback();  
                threadLocalConn.remove();  
                return false;  
            }  
            return true;  
        } catch (Exception e) {  
            if (connection != null) {  
                connection.rollback();  
                threadLocalConn.remove();  
            }  
            throw  e;  
        }  
        finally {  
            if (preparedStatement != null) {  
                preparedStatement.close();  
            }   
            if (resultSet != null) {  
                resultSet.close();  
            } 
 
            if (connection != null) {  
                connection.close();  
            }  
        }  
    } 

這樣子，當(dāng)獲取到Connection后，將其設(shè)置到ThreadLocal中，如果lock方法出現(xiàn)異常，則將其從ThreadLocal中移除掉。

有了這幾步后，我們可以來(lái)實(shí)現(xiàn)解鎖操作了。我們?cè)贒istributedLock添加一個(gè)unlock方法。

public void unlock() throws Exception {  
        Connection connection = null;  
        try {  
            connection = threadLocalConn.get();  
            if (!connection.isClosed()) {  
                connection.commit();  
                connection.close();  
                threadLocalConn.remove();  
            }  
        } catch (Exception e) {  
            if (connection != null) {  
                connection.rollback();  
                connection.close();  
            }  
            threadLocalConn.remove();  
            throw e;  
        }  
    } 

缺點(diǎn)

畢竟是利用DB來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖，對(duì)DB還是造成一定的壓力。當(dāng)時(shí)考慮使用DB做分布式的一個(gè)重要原因是，我們的應(yīng)用是后端應(yīng)用，平時(shí)流量不大的，反而關(guān)鍵的是要保證庫(kù)存數(shù)據(jù)的正確性。對(duì)于像前端庫(kù)存系統(tǒng)，比如添加購(gòu)物車占用庫(kù)存等操作，***別使用DB來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖了。

進(jìn)一步思考

如果想鎖住多份數(shù)據(jù)該怎么實(shí)現(xiàn)？比如說(shuō)，某個(gè)庫(kù)存操作，既要修改物理庫(kù)存，又要修改虛擬庫(kù)存，想鎖住物理庫(kù)存的同時(shí)，又鎖住虛擬庫(kù)存。其實(shí)也不是很難，參考lock方法，寫一個(gè)multiLock方法，提供多個(gè)transactionId的入?yún)ⅲ琭or循環(huán)處理就可以了。這個(gè)后續(xù)有時(shí)間再補(bǔ)上。