知識星球來源：Sam哥哥
連結：https://blog.csdn.net/linsongbin1/article/details/79444274
概述
以前參加過一個庫存系統，由於其業務複雜性，搞了很多個應用來支撐。這樣的話一份庫存資料就有可能同時有多個應用來修改庫存資料。比如說，有定時任務域xx.cron，和SystemA域和SystemB域這幾個JAVA應用，可能同時修改同一份庫存資料。如果不做協調的話，就會有臟資料出現。對於跨JAVA行程的執行緒協調，可以藉助外部環境，例如DB或者Redis。下文介紹一下如何使用DB來實現分散式鎖。
設計
本文設計的分散式鎖的互動方式如下：
1、根據業務欄位生成transaction_id，並執行緒安全的建立鎖資源
2、根據transaction_id申請鎖
3、釋放鎖
動態建立鎖資源
在使用synchronized關鍵字的時候，必須指定一個鎖物件。
synchronized(obj) {
}
行程內的執行緒可以基於obj來實現同步。obj在這裡可以理解為一個鎖物件。如果執行緒要進入synchronized程式碼塊裡，必須先持有obj物件上的鎖。這種鎖是JAVA裡面的內建鎖，建立的過程是執行緒安全的。那麼藉助DB，如何保證建立鎖的過程是執行緒安全的呢？可以利用DB中的UNIQUE KEY特性，一旦出現了重覆的key，由於UNIQUE KEY的唯一性，會丟擲異常的。在JAVA裡面，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id’,
last_update_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP NOT NULL COMMENT ‘最後更新時間’,
create_time TIMESTAMP DEFAULT ‘0000-00-00 00:00:00’ NOT NULL COMMENT ‘建立時間’,
UNIQUE KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`)
)
transaction_id是事務Id，比如說，可以用
倉庫 + 條碼 + 銷售樣式
來組裝一個transaction_id，表示某倉庫某銷售樣式下的某個條碼資源。不同條碼，當然就有不同的transaction_id。如果有兩個應用，拿著相同的transaction_id來建立鎖資源的時候，只能有一個應用建立成功。
一條distributed_lock記錄插入成功了，就表示一份鎖資源建立成功了。
DB連線池串列設計
在寫操作頻繁的業務系統中，通常會進行分庫，以降低單資料庫寫入的壓力，並提高寫操作的吞吐量。如果使用了分庫，那麼業務資料自然也都分配到各個資料庫上了。在這種水平切分的多資料庫上使用DB分散式鎖，可以自定義一個DataSouce串列。並暴露一個getConnection(String transactionId)方法，按照transactionId找到對應的Connection。
實現程式碼如下：
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initDataSourceList方法，並利用Spring的PostConstruct註解初始化一個DataSource 串列。相關的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使用阿裡的DruidDataSource。
接著最重要的一個實現getConnection(String transactionId)方法。實現原理很簡單，獲取transactionId的hashcode，並對DataSource的長度取模即可。
連線池串列設計好後，就可以實現往distributed_lock表插入資料了。
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transactionId建立鎖資源
*/
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) {
//說明已經生成過了。
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transactionId鎖住執行緒
接下來利用DB的select for update特性來鎖住執行緒。當多個執行緒根據相同的transactionId併發同時操作select for update的時候，只有一個執行緒能成功，其他執行緒都block住，直到select for update成功的執行緒使用commit操作後，block住的所有執行緒的其中一個執行緒才能開始幹活。我們在上面的DistributedLock類中建立一個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();
}
}
}
實現解鎖操作
當執行緒執行完任務後，必須手動的執行解鎖操作，之前被鎖住的執行緒才能繼續幹活。在我們上面的實現中，其實就是獲取到當時select for update成功的執行緒對應的Connection，並實行commit操作即可。
那麼如何獲取到呢？我們可以利用ThreadLocal。首先在DistributedLock類中定義
private ThreadLocal threadLocalConn = new ThreadLocal();
每次呼叫lock方法的時候，把Connection放置到ThreadLocal裡面。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，當獲取到Connection後，將其設定到ThreadLocal中，如果lock方法出現異常，則將其從ThreadLocal中移除掉。
有了這幾步後，我們可以來實現解鎖操作了。我們在DistributedLock新增一個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
畢竟是利用DB來實現分散式鎖，對DB還是造成一定的壓力。當時考慮使用DB做分散式的一個重要原因是，我們的應用是後端應用，平時流量不大的，反而關鍵的是要保證庫存資料的正確性。對於像前端庫存系統，比如新增購物車佔用庫存等操作，最好別使用DB來實現分散式鎖了。
進一步思考
如果想鎖住多份資料該怎麼實現？比如說，某個庫存操作，既要修改物理庫存，又要修改虛擬庫存，想鎖住物理庫存的同時，又鎖住虛擬庫存。其實也不是很難，參考lock方法，寫一個multiLock方法，提供多個transactionId的入參，for迴圈處理就可以了。這個後續有時間再補上。
●編號309，輸入編號直達本文
●輸入m獲取文章目錄
大資料與人工智慧
更多推薦《18個技術類公眾微信》
涵蓋：程式人生、演演算法與資料結構、駭客技術與網路安全、大資料技術、前端開發、Java、Python、Web開發、安卓開發、iOS開發、C/C++、.NET、Linux、資料庫、運維等。
